?

Log in

Previous Entry | Next Entry

     "Зеленые" дома- зеленая планета
Как устроены солнечные батареи (видео)


     По способу преобразования солнечной энергии наиболее распространено раэделение солнечных энергетических систем на пассивные и активные. Их подробная характеристика, соответствует принятым в отечественной литературе классификациям.

    Пассивные системы используют модификацию традиционных элементов здания для накапливания и распределения тепла. Они требуют незначительного дополнительного оборудования и поэтому более экономичны, хотя и недостаточно производительны. Для эксплуатации их не требуется специального обслуживающего персонала.

    Активные системы, даже простейшие, включают значительный арсенал технических средств (плоские водяные и воздушные коллекторы, специальные аккумуляторы тепла, системы распределения тепла и контроля за теплопоступлением), что удорожает строительство и требует квалифицированного монтажа. В реальной практике мы обычно встречаемся с комбинацией различных систем и планировочных приемов.

   

Обращенное на юг окно в сочетании с тепловой массой здания и изолирующими ставнями является потенциально самой простой и в то же время наиболее удобной системой солнечного отопления. Также несложными являются термосифонные воздушные коллекторы или солнечные водонагреватели. В ту же категорию попадают Скайтерм Гарольда Хэя, стена из цилиндров Стива Баэра и бетонная стена Тромба-Мишеля. Простые системы необязательно наиболее эффективные (хотя, нередко они достаточно эффективны), но вполне вероятно, что при продолжительном сроке службы они требуют меньшего расхода строительных материалов и меньше энергии для своего возведения, эксплуатации и ремонта.

Помимо вышеприведенных примеров простейшая система солнечного отопления использует солнечные коллекторы, которые работают только во время солнечного сияния и когда здание нуждается в тепле. Такие солнечные коллекторы можно на зиму устанавливать на открытых площадках около дома, а летом демонтировать. Их можно прикреплять к стенам и крышам существующих зданий. В любом случае воздух из зданий подается в коллектор, нагревается солнечными лучами и затем поступает снова в помещение. Вентилятор включается по сигналу разности двух температур. В процессе работы системы посылающий этот сигнал датчик определяет, светит ли солнце и достаточно ли нагрет солнечный коллектор, чтобы нагреть воздух до нужной температуры; второй прибор определяет, нуждается ли помещение в тепле или нет. Этот чувствительный прибор должен быть настроен на верхний предел термостата, поскольку солнечное тепло с воздухом должно поступать в помещение тогда, когда его температура достигнет такого уровня, чтобы воспользоваться преимуществом использования энергии солнца, когда оно светит (естественно, этот процесс может осуществляться вручную путем простого включения или выключения вентилятора). Поскольку в этом режиме работы не предусматривается аккумулятор тепла для его дальнейшего использования, то здание должно действовать как контейнер солнечного теплоаккумулятора. Таким образом, оно должно нагреваться до такой температуры, которую могут выдержать находящиеся в нем люди. Чем массивнее здание, тем больше тепла оно может запасти, тем дольше оно может обходиться без тепла после захода солнца или появления облачности и тем выше будет общий КПД этой простой системы. Покрытые землей и подземные здания с изоляцией, находящейся между бетоном и грунтом, очень близки к этим простым системам, поскольку массивные бетонные конструкции хорошо аккумулируют тепло.

      Система следующего уровня сложности накапливает солнечное тепло в теплоаккумуляторе. Если помещение нуждается в тепле, хотя солнечная энергия на здание поступает, то включается накопившая тепло отопительная система. Однако в  идеале приток солнечного тепла через окна должен удовлетворить потребность в отоплении и во время работы солнечного коллектора. Дублирующая отопительная система совершенно отделена от системы сбора и распределения солнечного тепла в целях упрощения всего комплекса. Когда солнца нет и аккумулятор «заряжен», потребность дома в тепле удовлетворяется в первую очередь за счет солнечного аккумулятора. Если этого недостаточно, то включается дублирующая система отопления.

    Типологические исследования американских специалистов позволяют объединить все виды пассивного энергообеспечения в 3 основных группы:

  • прямой обогрев помещений через различные типы остеклений южного фасада: витражи и окна, фонари верхнего света, вертикальные окна, расположенные в верхней части двусветного пространства и  др. (direct gain);
  • нагревание наружного термального массива типа стены Тромба (indirect gain);
  • нагревание иэолированного объема, теплый воздух из которого затем распространяется по всему зданию (isolated gain).

Прямой солнечный обогрев (Direct Gain)








    Прямой обогрев — наиболее простой, исторически сложившийся вид солнечного отопления. Он требует ориентации основных помещений на юг. Избытки тепла аккумулируются внутренним термальным массивом: кирпичными или каменными полами, внутренними стенами, каминами, емкостями с водой или другими жидкостями. Оптимальное расположение массива — в зоне непосредственной радиации, что в несколько раз увеличивает его аккумулирующую способность. Отсюда необычное расположение каминов и просто массивных элементов: непосредственно в структуре витража, сразу за остеклением.

    Ориентировочно рекомендуется на 1 м2 остекления иметь 1 м3 термального массива с высокой теплопоглощающей поверхностью.

    Необходимым элементом в солнечных системах этого типа является надежная система теплоизоляции и солнцезащиты помещений. Для этого используются стационарные или подвижные жалюзи, зашторивание, специальные занавеси, свесы кровель и пр.

Стена Тромба (Indirect Gain)










    Нагревание наружного термального массива широко ипользуется в жилых домах с пассивными солнечными системами. Наиболее известный вариант этого массива — так называемая стена Тромба представляет собой бетонную, кирпичную или каменную стену, размещаемую на южном фасаде и окрашенную в темный цвет. На небольшом расстоянии от стены выполняется стеклянная облицовка. Теплоносителем является воздух, нагреваемый в прослойке между стеной и облицовкой. Он нагревает стену, которая постепенно излучает полученное тепло в помещение. Таким образом, в этой конструкции совмещаются функции коллектора и аккумулятора. Для циркуляции воздуха имеются специальные клапаны.

Нагрев изолированного остекленного объема (Isolated Gain)











    Нагрев изолированного остекленного объема практически является модификацией прямого обогрева, но в американской специальной литературе выделяется особо в силу чрезвычайной распространенности этого приема. Остекленный объем теплицы, атриума, оранжереи может примыкать к южному фасаду дома, либо встраиваться в него. Нагреваемый в теплице воздух распространяется по остальным помещениям путем естественной конвекции или по каналам с механическим побуждением и несложной системой датчиков. Обычно это термостат, который, регулирует открытие клапана, когда температура воздуха в теплице достигает требуемой. Аккумулирование тепла осуществляется внутренним термальным массивом аналогичным уже описанным. Помещение теплицы или атриума может быть полностью изолировано от дома. При правильной организации режима эксплуатации оно может использоваться для нужд семьи. Можно считать атриум (зимний сад) важнейшим элементом солнечного дома, который служит буферной зоной между интерьером и наружной средой.

    Отопление зданий при помощи пристроенных оранжерей широко используется при реконструкции жилых домов, даже многоквартирных, особенно для семей с низким доходом.

Обслуживание солнечных систем

    Обслуживание пассивных систем в малоэтажном жилом доме должно быть очень простым, так как часто владельцы не в состоянии справиться со сложными устройствами. По мнению американских специалистов, владелец должен тратить на это не более 15 минут в день (открыть и закрыть жалюзи, поднять рулонную теплоизоляцию, открыть или закрыть вентиляционное отверстие). Тем не менее, опросы, проводимые ASES, показывают, что многие домовладельцы даже это считают для себя обременительным, несмотря на предлагаемые государством дотации.

Правила проектирования солнечных домов

При детальном проектировании зданий (ориентация, инсоляция и т.д.) должны также учитываться по возможности энергетические требования. Солнечные дома необходимо проектировать очень тщательно, и этот принцип должен соблюдаться в мельчайших деталях.

Вот основные правила, которых следует всегда придерживаться:

  • строить с учетом климата и изучать естественные условия;
  • проект, не учитывающий сохранение энергии, в большинстве случаев не имеет успеха и всегда неэкономичен;
  • хорошая инсоляция всего здания обеспечивает снижение его энергетических потребностей;
  • значение R для стен и крыши должно составлять не менее 5;
  • применять по возможности тройное остекление;
  • располагать отверстия и солнечные коллекторы с южной стороны и правильно ориентировать здание;
  • избегать затенения южного фасада здания;
  • учитывать взаимосвязь эстетических и технических сторон при проектировании солнечных коллекторов и аккумуляторов тепла;
  • учитывать, что технически и конструктивно многократное использование энергии всегда находит применение в доме (отработанная вода, освещение и т.д.);
  • предусматривать защиту дома от холодного ветра (деревьями, склонами, тепловыми буферными зонами и т.д.);
  • в ветренных районах широко использовать мощность ветрогенераторов;
  • тщательно рассчитывать оптимальное соотношенне между объемом здания и наружной поверхностью (максимально возможный объем при наименьшей поверхности);
  • предусматривать проектирование тепловой буферной зоны (т.е. двойные двери, крытые террасы и др.);
  • использовать редкое физическое явление экзотермии (теплоотдачи);
  • использовать термические свойства аккумуляторов здания с точки зрения оптимального решения резервуара для возмещения дневных (ночных) теплопотерь и удовлетворения сезонных тепловых энергетических требований;
  • учитывать оптимальное соотношение комфортной, автономной и наружной энергий;
  • уменьшать теплопотери через окна, увеличивая величину R (окно днем обеспечивает нас меньшим количеством тепла, чем теряет его ночью. Если окна ночью изолировать, положительный тепловой баланс можно получить через окна южного фасада дома.).

     В американской практике в холодных районах, давно уже строятся суперизолированные дома с тройным остеклением северных фасадов и усиленной теплоизоляцией наружных поверхностей. Для всех климатических районов определяются оптимальная форма здания, ориентация основных помещений, особенности построения жилой ячейки.

     В процессе этих поисков возникают своеобразные объемно-планировочные решения, представляющие интерес не  только для специалистов в области гелиотехники, но и для проектировщиков жилиша: суперкомпактные дома, заглубленные в грунт, и глинобитные здания, различные варианты вертикальной организации внутреннего пространства по типу повышенного атриума и др. Большинство из них не имеют аналогов в отечественной практике, даже при наличии сходных природно-климатических условий. Традиционные дома оборудуются теплицами, световыми фонарями, массивными элементами, аккумулирующими тепло. Своеобразно решаются вопросы организации естественного освещения и вентиляции. Подобный путь совершенствования теплофизических характеристик и структуры дома особенно перспективен в районах с холодным климатом, составляющих большую часть территории России.

    В нашей стране, с ее разнообразием природно-климатических условий, вообще нельзя говорить о солнечном доме как некоем однозначном понятии. Недаром в отечественной литературе все чаще появляются термины «энергоактивное здание», «энергоэкономичное здание». Энергетически эффективное здание в районе Средней Азии, оборудованное различными технологическими устройствами для накопления солнечной радиации, будет коренным образом отличаться от такого же здания на Крайнем Севере, где вообще может не быть технологических устройств, но компактная планировка, конструктивное решение и выбор строительных материалов будут направлены на сведение к минимуму теплопотерь. Тут уместно вспомнить парадоксальное на первый взгляд высказывание Д. Уотсона о том, что в некоторых случаях идеал солнечной энергетики не дом с оптимальной отопительной системой, а дом, в котором отопительная система не нужна вообще.

    К сожалению, практически во всех регионах нашей страны жилые здания не могут функционировать без отопительных устройств. Переход на альтернативные решения должен быть обеспечен созданием индустриальной базы и квалифицированными кадрами. С этой точки зрения ориентация на первоочередное внедрение систем горячего водоснабжения как наиболее автономной части энергообеспечения дома безусловно правильна. Солнечный коллектор, различные типы мобильных теплоизоляционных устройств, аккумуляторов тепла должны стать такими же привычными элементами жилого дома, как радиатор традиционного отопления. Только после этого можно решить более сложную задачу использования солнечной энергии и для отопления здания.

    В солнечных жилых домах редко встречается одна какая-либо система в чистом виде. К упомянутым типам пассивных систем обычно присоединяются несколько коллекторов активного типа, хотя бы для горячего водоснабжения. В большинстве солнечных домов имеется дублирующий источник энергообеспечения.

    Важнейшей задачей американские специалисты считают выработку методики оценки вклада солнечной системы в энергетический баланс здания. В окончательном виде доля солнечной энергии обычно выражается в процентах, соответствуя коэффициенту замещения нагрузки, используемому в наших расчетах. В публикуемых проектах солнечных жилых домов с комбинацией пассивных и активных систем доля солнечной радиации в удовлетворении энергопотребностей дома колеблется от 80% (в районах с максимальным уровнем радиации) до 40% (в северных районах). Это дает возможность хотя бы ориентировочно определять эффективность действия солнечной системы.

     В основу расчетов кладется не непосредственная, сиюминутная экономия, а стоимостный анализ на протяжении всего срока функционирования системы, который ориентировочно составляет 20 лет. В работе Д. Уотсона приводится сопоставление стоимости функционирования обычного и солнечного домов за этот срок. Оно показывает, что, хотя применение солнечной системы дает увеличение капитальных затрат на строительстве на 10%, это увеличение компенсируется сокращением на 60% расходов на отопление. Конечная экономия в этом случае составила 18%. По данным публикаций ASES, затраты на традиционное топливо при использовании солнечной системы могут быть сокращены на 50...70% при увеличении капитальных затрат на строительство всего на 3%. Однако главным достижением американские специалисты считают все же социально-экологический эффект.

http://www.mensh.ru

 

Comments

( 2 comments — Leave a comment )
rieflove
Jun. 18th, 2010 03:37 am (UTC)
Когда строил котедж, то заказывал в СтройТепловидении анализ теплопотерь, быстро провели действия, рекомендую.
natali_99
Jun. 29th, 2010 01:39 pm (UTC)
Спасибо, в Киеве тепловизионное обслуживание осуществляет компания Аванте http://www.avante.com.ua/rus/service/teplovisor.htm
( 2 comments — Leave a comment )

Profile

natali_99
alternativa

Latest Month

August 2010
S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    

Tags

Powered by LiveJournal.com
Designed by Tiffany Chow