Passive solar design/ru

▼Это тематическая страница . Appropedia специализируется на оригинальных исследованиях , но эта страница предоставляет полезный контекст и помогает ориентироваться на сайте. Вы можете помочь Appropedia, улучшив эту страницу .

Пассивное солнечное проектирование — это использование или направление солнечной энергии немеханическими, неэлектрическими средствами. Это ключевой принцип « зеленого» строительства , часто применяемый при проектировании зданий для максимального солнечного обогрева в холодные зимние месяцы и максимальной защиты от солнечного тепла в жаркие летние месяцы. Пассивное солнечное проектирование отличается от активного солнечного тем, что в нем отсутствуют работающие устройства.

Существует 6 основных типов пассивного солнечного проектирования. ^{[ 1 ]} Их можно разделить на 3 общие категории в зависимости от соотношения между тепловым коллектором (или диссипатором) и внутренним пространством конструкции. ^{[ 2 ]} Эти категории включают прямое тепловыделение , косвенное тепловыделение и изолированные системы . В каждой категории существует 2 различных подхода. ^{[ 2 ]}

Прямое тепловое воздействие — это тип пассивной системы солнечного отопления, которая использует прямое солнечное излучение для обогрева здания. В таких системах теплопередача происходит внутри здания и может либо распределяться по всему зданию (например, по полам и стенам, обращенным к столбам), либо масса может быть сконцентрирована ... ^{[ 2 ]}

В зданиях, использующих систему прямого теплопритока, применяются большие окна, выходящие на юг, для пропуска солнечного света. Однако использование системы прямого теплопритока требует применения теплоаккумулирующих материалов для поглощения излучения . Несоблюдение этого требования приведет к повышению температуры внутри помещений до более чем 90 градусов по Фаренгейту.

В системах косвенного теплообмена теплопередача происходит через ограждающие конструкции здания. ^{[ 2 ]} Существует два типа систем косвенного теплообмена: тепловая стена или стена Тромба и пруд на крыше . ^{[ 2 ]}

Со стены Тромбе

Стена Тромба — это обращенная к солнцу стена, используемая в пассивном солнечном проектировании. Запатентованная в 1881 году ее изобретателем Эдвардом Морзе и получившая широкое распространение в 1964 году благодаря французскому инженеру Феликсу Тромбу и архитектору Жаку Мишелю, она представляет собой массивную стену, отделенную от внешнего мира остеклением и воздушным зазором, которая поглощает солнечную энергию и избирательно направляет ее внутрь помещения ночью.

Даже однослойное стекло подходит для этого процесса, поскольку стекло прозрачно для видимого света, но менее прозрачно для инфракрасного излучения (тепла). Современные варианты включают в себя изоляционное стекло для сохранения большей части накопленного солнечного тепла, а также верхние и нижние — иногда открывающиеся — вентиляционные отверстия, позволяющие осуществлять конвективную передачу тепла внутрь помещения.

Два подхода к изолированным системам — это солнечное пространство и термосифон . ^{[ 2 ]}

Из термосифона

Термосифонирование , также известное как термосифонирование, считается подходящей технологией . Этот процесс использует природные возобновляемые ресурсы и основные законы термодинамики для создания движения нагретого воздуха или воды. Источником энергии для этого процесса является солнечное излучение (или любой другой источник тепла). Энергия солнца улавливается в солнечном коллекторе и передается воздуху или воде посредством теплопроводности. Весь процесс можно объяснить эффектом термосифонирования : когда воздух или вода нагреваются, они получают кинетическую энергию от источника тепла и возбуждаются. В результате вода становится менее плотной, расширяется и, таким образом, поднимается. Напротив, когда вода или воздух охлаждаются, энергия извлекается из молекул, и вода становится менее активной, более плотной и стремится «опуститься». Термосифонирование использует естественные различия в плотности между холодной и горячей жидкостями и управляет ими в системе, которая создает естественное движение жидкости. В настоящее время существует несколько систем, основанных на этой технологии, о которых можно прочитать подробнее в следующем тексте.

Принцип работы термосифонной системы заключается в том, что холодная вода имеет более высокую удельную плотность, чем теплая, и поэтому, будучи тяжелее, опускается вниз. Поэтому коллектор всегда устанавливается ниже резервуара для хранения воды, так что холодная вода из резервуара поступает в коллектор по нисходящей водопроводной трубе. Если коллектор нагревает воду, вода снова поднимается и поступает в резервуар по восходящей водопроводной трубе в верхней части коллектора. Цикл резервуар → водопроводная труба → коллектор обеспечивает нагрев воды до достижения равновесной температуры. Затем потребитель может использовать горячую воду из верхней части резервуара, при этом использованная вода заменяется холодной водой в нижней части. После этого коллектор снова нагревает холодную воду. Из-за большей разницы температур при более высокой солнечной радиации теплая вода поднимается быстрее, чем при более низкой радиации. Таким образом, циркуляция воды практически идеально адаптируется к уровню солнечной радиации. В термосифонной системе накопительный бак должен располагаться значительно выше коллектора, иначе цикл может работать в обратном направлении ночью, и вся вода остынет. Кроме того, цикл не работает должным образом при очень малых перепадах высот. В регионах с высокой солнечной радиацией и плоскими крышами накопительные баки обычно устанавливаются на крыше.

Термосифонные системы очень экономичны в качестве систем подогрева бытовой воды. Принцип их работы прост, они не требуют ни насоса, ни управления. Однако термосифонные системы обычно не подходят для больших систем, то есть для тех, у которых площадь коллектора превышает 10 м². Кроме того, размещение бака над коллектором в зданиях со скатными крышами затруднительно, а одноконтурные термосифонные системы подходят только для регионов, где не бывает заморозков.

К основным методам проектирования зданий относятся:

• Посадка лиственных деревьев или шпалер, увитых лиственными или однолетними вьющимися растениями. Это может служить забором или навесом, обеспечивающим тень летом и свет и тепло зимой.
• Проектирование и изготовление компонентов с учетом сезонных изменений положения солнца на небе и влияния этого на угол и интенсивность света, падающего на конструкцию. Примеры таких изменений:
  • Широкие карнизы, которые летом блокируют попадание солнечного света в окна, но пропускают его зимой, когда солнце находится ниже на небе.
  • Затеняющие стены (менее распространенный вариант): стена или забор за пределами дома, обеспечивающие тень. Стена проходит с востока на запад, с восточной и/или западной стороны дома, и располагается с северной стороны дома в северном полушарии и с южной стороны в южном полушарии (то есть, вдали от экватора). Угол и расположение рассчитываются таким образом, чтобы защитить дом от утреннего или вечернего солнца летом, но не зимой. Однако это требует значительных ресурсов, и, если нет других причин для строительства стены, обычно лучше использовать другие методы, такие как лиственные деревья или навес, особенно если есть большие окна.
• Тепловая инерция : важнейший компонент любой пассивной солнечной системы. Ее назначение — поглощать и переизлучать тепловую энергию. Это позволяет сглаживать суточные колебания высоких и низких температур. Тепловая инерция обычно делится на две категории: пассивная и активная. К пассивным системам аккумулирования тепла относятся:
  • Толстые каменные стены и полы
  • Материалы с фазовым переходом: Эти материалы меняют фазовое состояние (обычно из твердого в жидкое) при нагревании, накапливая большое количество тепловой энергии без соответствующего изменения температуры. Примерами являются различные высокотехнологичные добавки для бетона, а также природные смолы, такие как те, которые содержатся в южной желтой сосне.
  • Большие резервуары для хранения жидкостей внутри помещения, которое необходимо отапливать (или охлаждать).
• Трубы для передачи тепла между воздухом и тепловой массой (например, в грунте под домом, либо за счет естественной конвекции, либо с помощью бесшумного маломощного вентилятора).
• Белые крыши
  • Темные крыши поглощают большое количество солнечной энергии, которая передается в здание. Это увеличение поглощенного тепла требует увеличения потребления электроэнергии для отвода и охлаждения зданий, домов и рабочих мест, а также для поддержания комфортной температуры. Темные цвета также легче излучают тепло в холодных условиях, что означает большие потери тепла из зданий и более высокие затраты на отопление.
  • Белые поверхности обладают повышенным альбедо, или «белизной», то есть отражательной способностью поверхности. Если крыша обладает большей отражательной способностью, то меньше энергии будет поглощаться и передаваться зданию.
• Солнечные шкафы
  • Неглубокий шкаф со стеклянной дверцей, отделанный темным материалом, сильно нагревается на солнце. Обратные клапаны (которые могут представлять собой простую пластиковую пленку поверх проволочной сетки) позволяют холодному воздуху поступать снизу, а горячему выходить сверху. Их можно использовать для нагрева воды, а также для отопления помещений.
• При правильном использовании и сочетании этих мер энергоэффективность здания может быть значительно выше, чем при применении более традиционных проектных решений.

Термины «пассивный солнечный дизайн» и «пассивный дом» часто путают. Эти два термина относятся к технологиям «зеленого» строительства и тесно связаны между собой. ^{[ 3 ]}

Пассивное солнечное проектирование направлено на максимально эффективное использование доступного естественного света и тепла. Тепло от солнца собирается (если требуется отопление, например, в прохладном климате). Важной частью пассивного солнечного проектирования является тщательная ориентация относительно солнца. ^{[ 3 ]} Проектирование пассивного дома направлено на управление теплопотерями и теплопритоком (не только от солнца, но и от всех источников). Цель состоит в создании конструкции, требующей минимального количества энергии для отопления и охлаждения. ^{[ 3 ]} Таким образом, некоторые утверждают, что пассивное проектирование домов имеет большую применимость, чем солнечное проектирование, поскольку ориентация относительно солнца не является абсолютно необходимой. Проектирование пассивного дома не обязательно требует конструкции, вытянутой вдоль оси восток-запад с обширным остеклением со стороны, обращенной к экватору. Действительно, идеальная форма пассивного дома — это куб (меньшее соотношение площади поверхности к объему). ^{[ 3 ]} Также говорят, что пассивные солнечные дома сложнее в проектировании, и внутренняя температура может некомфортно колебаться, если они спроектированы неправильно. ^{[ 4 ]} Сторонники супертеплоизоляции утверждают, что по сравнению с солнечными домами, большую экономию можно получить, построив герметичное здание с большим количеством теплоизоляции в стенах и окнами с высоким коэффициентом теплоизоляции. ^{[ 4 ]} Таким образом, хотя некоторые считают, что дискуссия между пассивным солнечным отоплением и супертеплоизоляцией привела к более широкому признанию супертеплоизоляции, ^{[ 4 ]} более эффективным подходом потенциально было бы использование как пассивного солнечного отопления, так и элементов пассивного дома, что получило название «солнечный пассивный дом» . ^{[ 3 ]} Поэтому оставшаяся часть этой статьи посвящена пассивному солнечному отоплению в современном смысле этого термина, который частично совпадает с понятием пассивного дома (а не с первоначальными концепциями пассивного солнечного отопления 70-х и 80-х годов).

От пассивного годового теплоаккумулятора

Пассивное годовое аккумулирование тепла (PAHS) — это концепция строительства, в которой в земляном укрытии круглый год создается комфортная для жизни температура с помощью пассивного солнечного отопления и эффекта теплового аккумулятора. Земляное укрытие, спроектированное в соответствии с принципами PAHS, аккумулирует солнечное тепло летом и медленно высвобождает его в течение зимних месяцев без необходимости использования других форм отопления. Этот метод впервые был описан изобретателем Джоном Хайтом в его книге 1983 года. ^{[ 5 ]} Недавний документально подтвержденный пример во Франции можно найти здесь , включая данные о температурах, зафиксированные в течение нескольких лет.

Галерея пассивного солнечного дизайна Parras

Солнечная галерея Парраса

Солнечный нагревательный блок

• Пассивное солнечное проектирование (аудиофайл MP3). Простое и понятное объяснение из подкаста OurCoolHouse.