Тепло в дом от солнца – Солнечное отопление дома – эффективный метод использования альтернативных источников энергии

Отопление дома от солнца — солнечные батареи на крыше

Тарифы на энергоносители постоянно растут, отопление является определяющей затратной частью содержания дома. Поиски путей снижения оплаты отопления заставляют обратиться к неиссякаемому источнику энергии – солнцу. Для обеспечения человечества всеми видами энергии достаточно освоить хотя бы десятитысячную долю попадающей на землю энергии солнца. Начнем с себя, попробуем отапливать дом солнцем.

Принцип действия

Преобразование энергии солнца в тепло возможно двумя путями – электрическим и прямым нагревом. Фотоэлектрические преобразователь имеют очень низкий КПД, доступные – до 10%, лабораторные – до 40%. Для обогрева помещения малопригодны, практическое применение как источники тока находят в южных регионах с приоритетным количеством дней в году. Используются только потому, что государство и международные организации доплачивают за «зеленую», экологическую электроэнергию. Выработка электроэнергии на фотоэлементах дороже обычной, экономическая рентабельность возможна для России при удорожании электроэнергии в три раза.

Непосредственный нагрев теплоносителя рентабелен даже при покупке дорогих европейских моделей гелиоустановок. Принцип действия тот же что и в летнем душе – солнце греет оболочку с водой, нагретая вода используется. Необходимо отметить, что имеются системы с нагревом воздуха в качестве теплоносителя, но их применение очень ограничено самыми южными районами России. В дальнейшем будем рассматривать гелиосистемы с теплоносителем.

Виды гелиоустановок

Существует несколько систем солнечного нагрева жидкости – плоские, трубчатые, концентраторы.

Плоские представляют собой способ нагрева под стеклом. Металлические трубки прямые или спиралью окрашены в черный цвет для лучшего нагрева, термоизолированы с трех сторон, со стороны освещения — накрыты стеклом или стеклопакетом. Эти мероприятия направлены на снижение непроизводительных потерь тепла, напрямую влияют на КПД установки. Дешевые, просты в самостоятельном изготовлении, небольшой КПД.

Трубчатые нагреватели своей конструкцией напоминают матрешку, — труба в трубе. Наружная стеклянная труба выполняет роль термоизолятора, из нее откачан воздух до разряжения, близкого к вакууму. Внутренняя медная теплообменная трубка зачернена. Трубы собраны в систему нижним и верхним коллектором, количество можно набирать любое. Благодаря особой системе крепление трубок, замена их может выполняться в процессе эксплуатации. Дороже плоских, но имеют до 30% больший КПД.

Концентраторы представляют собой зеркало, а чаще систему зеркал, концентрирующих солнечную энергию на объект нагрева — ту же трубку с жидкостью. Бывают двух типов – ленточные, когда нагревательная трубка расположена горизонтально, параллельно параболическому длинному зеркалу. И точечные – система зеркал концентрирует поток света в точку. В быту такие системы применяются крайне редко ввиду высокой стоимости, но имеют самый высокий КПД благодаря системе управления. При движении солнца зеркала централизованно поворачиваются, максимально улавливая свет. Такие системы применяются также в тепловых электростанциях – вода доводится до кипения и вращает турбину.

Практическое применение

Для реального от отопления дома нужно использовать трубчатые нагреватели, имеющие коэффициент поглощения – до 98% и могут работать до температуры в — 40С. Но одних солнечных панелей недостаточно, нужна система отопления, включающая в себя термоизолированные трубопроводы, накопительный бак, насос, контроллер. Собрать самостоятельно такую систему не сложно даже начинающему слесарю. Нужно понимать принципы — в солнечной батарее циркулирует незамерзающая жидкость с низкой температурой кипения, отдача тепла происходит в теплообменном баке – накопителе. Солнечная панель устанавливается под углом, выше широты расположения на градус. Для средней полосы России оптимален угол наклона 30-40 градусов.

Гелиоустановки не могут обеспечить полную мощности отопления ввиду малого количества солнечных дней в году зимой, но помогут сэкономить на отоплении до 60% и обеспечить полностью горячей водой.

Обогреть дома с помощью солнца и ветра

Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления

https://youtu.be/pBvnzgHdH9Q

teremguru.com

обогрев тепловыми панелями, радиаторы, теплый пол, коллекторы

Содержание:

Постоянное развитие альтернативных источников энергии и удешевление технологий сделало их довольно популярными среди владельцев частных домов. Инновационные способы добычи энергии позволяют использовать в качестве исходного сырья бесконечные и экологически чистые природные ресурсы – воду, ветер и солнечные лучи.

Для использования энергии Солнца используются солнечные батареи, которые накапливают и преобразуют полученный заряд в энергию необходимого типа. Такие устройства отлично подходят и для отопления частного дома – нужно лишь правильно собрать и настроить систему. О том, как использовать солнечные батареи для отопления дома, и пойдет речь в данной статье.

Способы применения солнечной энергии

Технологии, использующие солнечную энергию, кажутся новыми только на фоне более традиционных систем. Солнечное тепло уже давно активно перерабатывается в тепловую и электрическую энергию, особенно в тех странах, где Солнце светит круглый год. В северных странах с этим сложнее, но даже в таком случае солнечной энергии находится применение, ведь ее можно использовать как резервный энергоресурс.

Для сбора солнечной энергии используется два типа устройств:

1. Солнечные батареи. Данные устройства накапливают собранную энергию и позволяют использовать ее для питания электрических приборов. Солнечные батареи – это панели, на лицевой стороне которых установлены фотоэлементы, а с другой стороны располагается фиксирующий механизм. Солнечная батарея для обогрева дома не очень сложна конструктивно, поэтому такие элементы иногда собирают самостоятельно, но гораздо проще и надежнее покупать готовые устройства.
2. Солнечные коллекторы. Этот тип устройств предназначен для включения в систему отопления. Такие конструкции представляют собой теплоизолированные короба, в которых проходит теплоноситель. Коллекторы устанавливаются на крыше или специальных щитах с той стороны здания, на которую попадает больше всего солнечных лучей. Чтобы эффективность впитывания энергии была более эффективной, системы делают поворачивающимися в соответствии с направлением солнечных лучей.

Разница между коллекторами и солнечными батареями видна из их конструкции. Коллекторы (гелиосистемы) используются непосредственно для нагрева теплоносителя, в то время как батареи собирают энергию для ее преобразования в электричество. Конечно, солнечные батареи для обогрева дома тоже можно использовать, но такая схема довольно неудобна, да и требовательна к погодным условиям – для нормального обогрева солнечных дней должно быть не менее 200 в году.

Достоинства и недостатки солнечного отопления

К достоинствам солнечных отопительных систем можно смело отнести следующие качества:

1. Экологичность. Впитывание и преобразование солнечной энергии происходит без каких-либо выбросов вредных веществ, поэтому можно говорить о полной экологической чистоте таких систем.
2. Автономность. Солнечное тепло обходится совершенно бесплатно, что позволяет не думать о текущем уровне цен на энергоносители и необходимости их подведения к своему частному дому.
3. Экономичность. Комбинирование традиционного и альтернативного отопления позволяет неплохо сэкономить в процессе эксплуатации. Если же использовать только солнечное отопление, то все затраты сводятся к приобретению необходимых элементов системы и их обслуживанию.
4. Доступность. Солнечные коллекторы и батареи не нужно согласовывать с какими-либо государственными органами, поскольку работа подобных систем автономна и не представляет какой-либо опасности.

Из недостатков главным образом выделяются следующие качества:

1. Длительный период определения эффективности. Чтобы понять, насколько солнечная система эффективна и выгодна в конкретных условиях эксплуатации, ей необходимо проработать хотя бы 3 года.
2. Высокая стоимость оборудования. Солнечные батареи и комплектующие к ним на сегодняшний день стоят довольно дорого, поэтому без существенных изначальных вложений обойтись не удастся.  
3. Зависимость от внешних условий. Если климат в географической локации, где установлены коллекторы, не отличается большим количеством солнечных дней, то установка солнечных устройств может даже оказаться нецелесообразной.
4. Необходимость резервного отопления. Чтобы отопительная система была надежной, ее необходимо обязательно продублировать (дублирующим контуром обычно выступает именно солнечный обогрев).
5. Требовательность к обслуживанию. Солнечные коллекторы нужно качественно обслуживать, постоянно проводя профилактические и очистительные работы. Запуск системы при отрицательных температурах возможен только в том случае, если она и сам дом имеют надежную защиту от холода.

Если достоинства солнечного оборудования кажутся слишком важными, а недостатки не критичны, то рассматриваемые устройства подойдут для обеспечения дома электричеством и теплом как нельзя лучше.

Солнечные батареи для отопления

Использование солнечных батарей для обустройства отопительной системы имеет ряд нюансов. Все дело в том, что такие устройства главным образом предназначены для сбора энергии, которая в дальнейшем преобразуется в электрическую. Чтобы сделать отопление на солнечных батареях, нужно будет собрать систему, подключенную к накопительному баку – именно в этом элементе конструкции будет осуществляться разогрев теплоносителя.

Чтобы понять, можно ли выгодно использовать солнечные батареи для отопления дома зимой, нужно рассмотреть виды данных устройств, их эксплуатационные особенности и способы использования.

Виды и конструкция солнечных панелей

Существует три основных типа солнечных батарей:

1. Монокристаллические. Рабочим элементом таких устройств являются тонкие пластины, выполненные из чистого кремния, выращенного искусственным образом. КПД таких пластин в самом лучшем случае достигает 17-18%. Наиболее комфортная температура эксплуатации – от 5 до 25 градусов.
2. Поликристаллические. Рабочий элемент – пластины, которые получается в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Такой способ изготовления более прост по сравнению с предыдущим, но и КПД соответствующий – в лучшем случае он достигает 12%.
3. Аморфные (пленочные). Для производства таких батарей кремний выпаривается и оседает тонкой пленкой на полимерной основе. Дешевизна производства и простота изготовления подобных устройств имеет прямую зависимость с эффективностью – КПД аморфных батарей не превышает 7%.

В странах с преимущественно холодным климатом чаще всего используются солнечные батареи, изготовленные с использованием монокристаллических рабочих элементов. Впрочем, выбор наиболее подходящего типа нельзя назвать очевидным – пленочные модули гораздо удобнее в установке, не предъявляют особых требований к основанию и обходятся на порядок дешевле.

Внешние элементы батарей предназначены для сбора и преобразования солнечной энергии, которая в дальнейшем будет перемещена в накопитель. Небольшие отдельные батареи вырабатывают около 100-250 Вт энергии, а сборные модульные конструкции площадь в 25-30 м² позволяют обеспечить электроэнергией небольшое жилое здание. Чтобы использовать солнечные батареи для отопления дома, их площадь должна быть в несколько раз выше указанного значения.

Для преобразования солнечных лучей в электричество используется инвертор. Необходимость его установки связана с тем, что электрические приборы используют только переменный ток. Это же правило касается и электрического отопительного оборудования. Чтобы система обеспечивала дом энергией круглосуточно, ее необходим в обязательном порядке дополнить аккумуляторами, позволяющими запасаться электроэнергией.

Эффективность

Чтобы использовать солнечную энергию для отопления частного дома, гораздо проще будет собрать схему из коллекторов – но такая возможность есть не всегда, поэтому приходится рассматривать иные варианты. Например, вполне может быть так, что на участке уже установлена рабочая система из солнечных батарей, которая используется только для обеспечения дома электричеством и горячей водой.

Приобретать новое оборудование при таких условиях будет слишком невыгодно ввиду его высокой стоимости. Чтобы обеспечить обогрев дома солнечными батареями, оптимальным решением будет увеличение мощности системы модулей. Самый простой вариант – приобрести несколько дополнительных кремниевых панелей и подключить к системе отопительного котла, работающего за счет электричества.

Грамотное распределение электрической энергии позволит обеспечить как систему горячего водоснабжения, так и отопительный контур. Чтобы мощности хватало на все, потребуется немало солнечных батарей – автономные здания, использующие только солнечную энергию, обычно полностью покрыты фотоэлектрическими панелями. Мощность солнечных батарей нужно считать заранее. Зачастую приходится достраивать дополнительную конструкцию, на которую будут устанавливаться панели.

Определить эффективность солнечной системы до ее использования не получается, поэтому все расчеты получаются лишь приблизительными. Сложность предварительных расчетов связана с тем, что есть масса факторов, просчитать влияние которых на эффективность сбора энергии невозможно. Конечно, при наличии некоторого опыта можно провести более-менее точный расчет, но такой опыт есть лишь у профессионалов, специализирующихся на проектировании и установке солнечных систем.

Наибольшее влияние на эффективность системы оказывают следующие факторы:

• Нестабильность погоды – определить заранее количество солнечных дней невозможно даже в солнечных регионах, не говоря уж о северных краях;
• Нестабильное потребление энергии, которое также зависит от географического расположения здания, получающего тепло и электрическую энергию за счет солнечного света;
• Возможность выхода системы из строя – сложность конструкции свидетельствует о том, что она будет нередко ломаться, причем определить неисправность в некоторых случаях бывает затруднительно.

Узнать о том, насколько эффективны солнечные батареи, можно только после того, как они уже некоторое время использовались. По результатам анализа работы системы можно будет решить, есть ли необходимость в установке дополнительных фотоэлементов или аккумуляторов. Кроме того, стоит также оценить несколько дополнительных параметров – например, если потери тепла слишком велики, то оптимизировать работу системы можно за счет улучшения теплоизоляции всего дома.

Установка домашней солнечной электростанции

Самое простое решение, которое сразу приходит на ум – обратиться в компанию, которая специализируется на продаже и установке солнечных генераторов. Такое решение имеет массу преимуществ – специалисты смогут подготовить индивидуальный проект, наиболее подходящий для конкретных условий эксплуатации, а на приобретенное и установленное оборудование будет выдана гарантия. Недостаток подобного решения – слишком высокая стоимость работ.

Впрочем, собрать домашнюю солнечную электростанцию можно и самостоятельно, но для этого потребуется немалый опыт, а также солидные затраты труда и времени. Кроме того, нужно будет разобраться в том, какие элементы нужны для обустройства системы, и как они взаимодействуют между собой.

Набор элементов для монтажа солнечного отопления выглядит следующим образом:

• Комплект солнечных модулей;
• Аккумуляторная батарея;
• Контроллер заряда;
• Инвертор;
• Коммутация.

Аккумуляторы желательно подбирать так, чтобы у них были одинаковые характеристики. Хорошие аккумуляторы могут удерживать энергию около 3-4 дней, и этот параметр тоже нужно учитывать, как и тот факт, что в холодном помещении устройства разряжаются намного быстрее. Для суточного потребления в 2400 Вт-ч суммарная емкость батарей должна составлять не менее 1000 А-ч.

Инверторы, используемые для солнечных систем, имеют возможность синхронизировать фазу напряжения, в результате чего перевод 12 В в 220 В осуществляется без малейших задержек, поэтому электрические приборы не испытывают лишних нагрузок. Централизованные электросети таким качеством похвастать не могут, поэтому солнечные генераторы в этом плане гораздо удобнее и надежнее.

Смонтировав каждый элемент системы, работающей на солнечных батареях, необходимо закончить работу. Для этого нужно подключить к системе электрический накопитель, в котором будет происходить нагрев воды от солнца. Накопитель в дальнейшем соединяется с отопительным контуром здания, тем самым обеспечивая его обогрев – например, вполне можно запитать теплый пол от солнечной батареи достаточной мощности.

Коллекторное отопление дома

Конечно, собрать отопительную систему на солнечных батареях возможно, но гораздо удобнее и практичнее использовать элементы, изначально предназначенные для отопления – солнечные коллекторы. Такие устройства обеспечивают прямой нагрев воды за счет солнечной энергии, и никаких посредников в этой цепочке нет.

Существует два вида коллекторных конструкций:

• Плоские;
• Трубчатые.

Каждую систему необходимо рассмотреть подробнее, чтобы иметь возможность осознанно выбирать самый подходящий для конкретной ситуации вариант.

Плоская коллекторная установка

Конструктивно плоские солнечные радиаторы для отопления дома крайне просты. В некоторых случаях такие системы частично собираются опытными мастерами из подручных материалов. Конечно, полностью обойтись без готовых элементов очень сложно, но даже небольшая экономия при наличии должного опыта может оказаться оправданной.

Устройство плоского коллектора представляет собой утепленный металлический короб, в котором расположена впитывающая солнечную энергию пластина (чаще всего спрятанная под слоем черного хрома). Сверху эта часть конструкции накрывается герметичной прозрачной крышкой. Вода разогревается в трубках, которые расположены змейкой и подключены к пластине.

Подключать коллекторное отопление можно как по однотрубной, так и по двухтрубной схеме – существенных отличий в работе обеих схем нет. Гораздо более важным является способ циркуляции теплоносителя. Самотечные системы считаются невыгодными из-за низкой скорости перемещения воды по контуру. Принудительная циркуляция, которая обеспечивается за счет насоса, более эффективна, поэтому ее используют в подавляющем большинстве систем.

Трубчатая коллекторная установка

По принципу работы трубчатые солнечные тепловые панели схожи с плоскими аналогами, но есть одно заметное различие – заполненные теплоносителем трубки располагаются внутри стеклянных колб. В системе могут использоваться перьевые трубки, закрытые с одной стороны, и коаксиальные, которые вставляются друг в друга и запаиваются с обеих сторон.

Также стоит отметить используемые виды теплообменников:

• Система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
• Стандартные трубки для перемещения воды U-type.

Второй тип теплообменников считается более эффективным, но у него есть серьезный недостаток – высокая стоимость ремонта, которая обусловлена необходимостью замены целого блока при повреждении одной трубки. С трубками первого типа в этом плане гораздо проще, поскольку они независимы друг от друга, что позволяет при необходимости заменять каждый отдельный элемент конструкции.

Подводя итог рассмотрения плоских и трубчатых коллекторов, можно сделать следующие выводы – в теплых краях гораздо более выгодными оказываются плоские коллекторы, а для северных регионов лучше подбирать трубчатые устройства. В суровом климате лучше всего работают системы Heat-pipe, которые неплохо проявляют себя даже при минимальной освещенности.

Повышение эффективности солнечных модулей

Эффективность солнечных систем можно повысить, воспользовавшись одним из следующих способов:

1. Смена расположения модулей. Иногда для повышения КПД достаточно будет правильно расположить модули относительно вектора направленности солнечных лучей. Обычно для этого нужно развернуть все модули на юг. Если день в регионе долгий, можно также использовать поверхности, направленные на восточную и западную сторону – там тоже хватает света, который преобразуется в энергию.
2. Изменение угла наклона. В документации к модулям всегда указывается рекомендуемый угол наклона, при котором КПД системы будет максимальным. На практике это значение может существенно варьироваться в зависимости от географического местоположения и других индивидуальных особенностей.
3. Выбор места для установки. Чаще всего солнечные модули устанавливаются на крыше здания – это самый простой, доступный и очевидный вариант, но не самый эффективный. Лучше всего будет заранее подготовить поворотное основание и установить панели на него, чтобы устройства следовали за солнечными лучами по мере их смещения.

На последний пункт стоит обратить особое внимание. Конечно, установленные на крыше модули не бесполезны – в конце концов, никаких препятствий для солнечных лучей в таком случае нет, поэтому они легко достигают устройства и преобразуются в необходимый тип энергии. Проблема в том, что расположение модулей перпендикулярно солнечным лучам имеет максимальную эффективность на протяжении короткого промежутка времени.

Поворотные устройства, отслеживающие текущую направленность лучей, позволяют избавиться от подобных проблем. Правда, у таких устройств есть и отрицательные стороны – в частности, речь идет о крайне высокой стоимости поворотных систем. Кроме того, в ряде случаев приобретение такого оборудования никак не влияет на эффективность системы – например, если не были должным образом учтены климатические условия. Затраты в данном случае будут совершенно нецелесообразными.  

Согласно примерным расчетам, для того, чтобы поворотные элементы окупились, их количество должно составлять не менее восьми. Конечно, можно использовать и меньшее количество модулей (около 3-4), но они будут выгодным приобретением только в том случае, если подключать их напрямую к водяному насосу, в остальных же случаях прирост эффективности будет незначительным.

На сегодняшний день активно ведется разработка совершенно нового вида крыши, в котором солнечные батареи установлены изначально. Согласно заверениям производителей, такая крыша будет стоить существенно дешевле обычных крыш, на которых устанавливается солнечное оборудование, и как минимум столь же эффективной.

Заключение

Отопление на солнечных батареях – это довольно эффективная современная система, которую при наличии соответствующего опыта можно обустроить самостоятельно. Технологии постоянно развиваются, поэтому всегда есть возможность выбрать оптимальное оборудование, которое идеально подойдет для конкретных условий эксплуатации и полностью покроет все потребности в отоплении.

teplospec.com

Пассивные и активные солнечные системы отопления

Солнечное отопление может быть использовано для обогрева жилого пространства в вашем доме. А существуют два основных типа таких систем: пассивное и активное солнечное отопление.

Оборудование для получения тепла от солнца обычно работает за счет поглощения солнечной радиации, и последующего преобразования её в тепловую энергию. Концепция движения воздуха, называемая естественной конвекцией, является неотъемлемой частью всех солнечных установок для теплоснабжения.

Солнечное отопление может быть использовано для обогрева жилого пространства в вашем доме или для нагрева воды в водопроводной системе.

Есть много преимуществ получаемых от включения солнечной системы отопления в дизайн Вашего дома:

• Оборудование для получения тепла от солнца экологически чистое.
• Оборудование для получения тепла от солнца не загрязняет окружающую среду или не производит парниковых газов.
• Оборудование для получения тепла от солнца помогает экономить энергию ресурсов Земли.
• Оборудование для получения тепла от солнца является лучшим выбором для людей с аллергией и чувствительностью к различным химикатам.
• Оборудование для получения тепла от солнца довольно стабильно в своей стоимости. После того как вы его купили, вы защищены от инфляции и политических / экономических рисков, которые могут присутствовать при использовании других видов топлива.

Существуют два основных типа солнечных систем отопления: пассивное солнечное отопление и активное солнечного отопления.

Пассивное солнечное отопление

Дизайн оборудования пассивного солнечного отопления не включает в себя каких-либо механических устройств отопления. Пассивное солнечное отопление функционирует путем включения в себя особенностей здания, которое в течении дня поглощает тепло и затем медленно его выпускает, что поддерживает температуру в доме.

Эти строительные особенности могут включать в себя большие окна, каменные полы, и кирпичные стены. Для правильного использования пассивной солнечной энергии, должна быть налажена циркуляция нагретого воздуха по всему дому. Естественной циркуляции воздуха, как правило достаточно до тех пор, пока двери во всем доме остаются открытыми, однако иногда вентиляторы так-же могут быть включены в проект.

Хотя это и относительно простые меры, именно пассивное солнечное отопление может снизить счета за отопление почти на 50 процентов. Ведь что такое солнечная энергия? Это бесплатное электричество, которое дарит нам природа земли.

А во многих случаях, особенно если вы работаете с застройщиком который хорошо знаком с процессами пассивного солнечного отопления, строительство пассивного солнечного дома может стоить столько же, как и строительство обычного дома.

Активное солнечное отопление

Активное солнечное отопление похоже на пассивное солнечное отопление, но это гораздо более сложный процесс, и создает гораздо больше тепла, чем пассивные системы. Активное солнечное отопление обычно состоит из трех составляющих: солнечного коллектора для поглощения солнечной энергии, системы хранения полученой энергии и системы теплообмена для рассеивания тепла в соответствующие места в вашем доме.

Активные системы отопления можно разделить на две категории: воздушные системы и жидкие системы.

Различия в активных системах отопления находятся в том, как солнечная энергия накапливается в солнечном коллекторе. Жидкие системы используют жидкость для сбора энергии в солнечном коллекторе, в то время как воздушные системы поглощают энергию с помощью воздуха.

Так как солнечные коллекторы обычно устанавливается на крыше здания, то лучше всего разместить выход горячего воздуха в потолке. Система, установленная таким образом смешивает воздух в помещениях здания и к тому-же действует как потолочный вентилятор. опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

econet.ru

«Солнечная архитектура» – как сделать дом энергоэффективным. — Блог | «Мечтаево»

 «Солнечная архитектура» — термин, объединяющий разные подходы к проектированию жилища. Их объединяет главное — стремление получить как можно больше энергии для обогрева и освещения помещения из окружающей среды. Конечно, дома, построенные в полном соответствии с «солнечными» канонами, выглядят слегка экзотично. Но некоторые способы сэкономить на тепле и свете вполне пригодятся и для обычной дачи.

При проектировании «солнечного дома» любой специалист решает целый комплекс проблем, связанных с энергоэффективностью. Ему нужно:

1) получить как можно больше солнечного тепла в холодное время года;
2) сократить потери, чтобы полученное тепло приносило экономический эффект;
3) обеспечить равномерный прогрев помещения и сгладить суточные перепады температуры;
4) летом уберечься от жары и обеспечить приток прохладного воздуха.

В городе комфортный микроклимат обычно создают кондиционеры и обогреватели. Но это влечет высокие энергозатраты. В загородном доме проблемы реально решить принципиально иным путем.

Как получить больше тепла?

Зимой у нас есть два природных источника тепла — солнце и земля. Солнце, конечно, важнее, поэтому дом должен стоять лицом к нему. Все жилые комнаты — окнами на южную сторону! Пусть они ловят каждый луч, от восхода да заката. Нехитрые архитектурные приемы облегчат задачу:

– полукруглый южный фасад. Солнце ходит вокруг дома и постоянно светит на него прямыми лучами.

– эркеры с большими окнами на юго-восточном и юго-западном углах зданий. Утром и вечером хочется получать как можно больше тепла и света. Подобная конструкция подарит вам их.

– светопрозрачный купол (или южный скат кровли) в качестве второго света.

Второй свет — это роскошь, недоступная большинству жителей многоквартирных домов. Грех не заиметь ее в собственном загородном доме!

– атриум на южном фасаде. Атриум как архитектурный элемент известен нам из истории Древнего Рима. Поначалу там называли так внутренний двор (само слово произошло от прилагательного ater – «закопченный»: в атриумах устраивали очаг).

Но в домах богатых римлян назначение атриума постепенно менялось. Со временем так стали называть просторные помещения, примыкающие к парадному входу и кабинету хозяина. Вельможи использовали его как приемную и даже как место для торжественных собраний.

В «солнечной архитектуре» атриум – это большая светлая комната, часто с прозрачной стеной или крышей. Она помогает получать тепло и распределять его по дому (этот момент мы еще рассмотрим).

Получать свет и тепло через окно – это просто. Но ведь не в любой местности зимой часто светит яркое солнце. Да и световой день может быть коротким. Для тех, кому не очень повезло с климатом, есть запасной вариант: заглубленные дома.

Заглубившись в землю, вы используете ее тепло. Не секрет, что ниже двухметрового слоя температура грунта всегда положительная. В связи с этим разумно устроить спальни поглубже. Ведь в них не нужен яркий свет. Главное, чтобы было тепло.

Конечно, «солнечный дом» никогда не строят в виде землянки. Подземная часть обязательно сочетается с надземной, широко остекленной. Роли распределяются так: верхний блок собирает солнечную энергию, нижний — сберегает.

Ритм жизни в «солнечном» доме напрямую зависит от погоды и климата. Есть пространство, где комфортно днем, а есть места, где хорошо провести ночь. Летом жилая площадь обычно расширяется. Зимой – сужается, чтобы экономно расходовать тепло.

Разделение помещений на летние и зимние – хороший прием, им пользуются даже некоторые жители обычных домов, подключенных к газопроводу. Зачем зимой отапливать пустующие помещения? Но чтобы сохранить в доме комфорт, еще на этапе проектирования определите «зимний» и «летний» контур. Заложите в стены между ними достаточно утеплителя. Двери между половинами тоже должны быть утепленными.

Как потерять меньше тепла?

К этому вопросу мы уже подошли вплотную. Заглубление в грунт – это один из способов сократить теплопотери. Есть и другие.

Важна форма дома. Некоторые «солнечные» дома строят в виде полусферы. Она дает минимальную поверхность внешних стен при максимальной площади пола. А если площадь стен меньше, то меньше и теплоотдача через них. Но круглые стены – это, конечно, для любителей архитектурного экстрима.

Более подходящая для дома фигура с минимальной площадью наружных стен – это куб. Волей-неволей вспоминаешь стандартную русскую избушку: 6 на 6 метров и печь посередине.

Но солнечные дома так не строят, потому что они должны быть открыты солнцу, иметь большой южный фасад. Часто дом проектируют в форме параллелепипеда, больший фасад которого (южный и северный) в 1,6 раз длиннее меньшего (западного и восточного). Обосновывается это правилом «золотого сечения». А с ним, как известно, не поспоришь .

Иногда солнечные дома похожи на треугольник или трапецию.

Форма получается такая: большой южный фасад, северо-западный и северо-восточный – поменьше, а северный – самый маленький, или же его совсем нет. Акцент здесь делается на улавливание солнечного света, а не на сохранение тепла. В России это применимо разве что в южных регионах.

Чтобы терять меньше тепла, учитывайте розу ветров при проектировании помещений в доме и построек во дворе. Выясните, откуда зимой чаще дуют холодные ветры. И с той стороны простройте к дому неотапливаемые помещения: гараж, застекленную веранду, мастерскую.

В крайнем случае, подойдет плотная посадка высоких деревьев, например, груш.

Как сохранить тепло в доме?

Стены солнечных домов очень хорошо утеплены. Подавляющее большинство из них построено по каркасной или панельной технологии.

Внутри стен используются эффективные утеплители: пенопласты, минваты, солома… Все, что доступно в вашем регионе.

Важная часть солнечного дома – теплоаккумулятор. Это массивный элемент конструкции, который хорошо прогревается днем, чтобы постепенно отдавать тепло ночью. Роль теплоаккумулятора может играть бетонный или каменный пол, внутренние стены из кирпича.

Иногда под полом устраивают резервуары с водой. На зиму в них запасают теплую воду, а летом – прохладную. Большая роль в сбережении тепла отводится и конструкции окна. Используются стеклопакеты с инертными газами и ИК-стеклом.

С ИК-стеклами нужно быть осторожным. Они имеют покрытие, которое препятствует прохождению тепловых лучей. Это приносит явную пользу зимней ночью или летним днем. Но вот, если вы намерены ловить солнечные лучи зимой, то такое стекло будет помехой. Так что взвешивайте все заранее.

Большая площадь остекления – это не всегда комфортно. Люди не любят чувствовать себя, как на витрине. Поэтому большие окна должны снабжаться ставнями или жалюзи, желательно автоматизированными. Ставни — это еще и способ сохранить тепло зимней ночью, особенно в ветреную погоду. Не забывайте о такой простой и эффективной штуке для сохранения тепла, как плотные многослойные шторы. Помогают не только зимней ночью, но и в летний зной.

Как распределить тепло в доме?

Дом нагревается с южной стороны, а с севера остается холодным. Тепло нужно распределять равномерно. Это актуально и летом, чтобы избежать перегрева. Частично с этой задачей справляются теплоаккумуляторы. Но они работают медленно. Ключевую роль играет система вентиляции. Классическая схема вентиляции солнечного дома связана с атриумом и подземным воздуховодом.

Атриум расположен на южной стороне дома и в него выходят балконы или окна с двух этажей. В доме может быть всего один этаж, но в таком случае потолок атриума делают несколько выше потолка жилых комнат.
За счет прогрева солнцем в атриуме создается восходящий поток воздуха, его иногда называют «солнечная труба». Таким образом, для системы вентиляции используется естественная тяга.

Воздух поступает в дом через подземный воздуховод. Воздухозабор, как правило, находится на северной стороне дома. Подземный воздуховод хорош тем, что зимой он подогревает воздух за счет тепла земли, а летом — немного охлаждает его. Чем длиннее и глубже воздуховод, тем заметнее этот эффект.

1 − заслонки регулируют переключение на летний и зимний и режим
2 − лучи летнего солнца
3 − лучи зимнего солнца
4 − внешняя стена атриума
5 − воздухозабор системы вентиляции
6 − выход из подземного воздуховода
7 − выход воздуха после рекуперации

Для системы вентиляции есть летний и зимний режим. Летом воздух из подземного воздуховода подается в жилые комнаты первого этажа. Из комнат поток воздуха направляется в атриум, где постоянно существует тяга вверх. Подогреваемый солнцем воздух поднимается по атриуму на чердак и выводится наружу через вентиляционные выводы в кровле.

Если есть второй этаж, то он легко включается в эту систему. Воздух в комнаты может подаваться как из подземного воздуховода, так и просто из форточки на северной стороне здания. Из второго этажа воздух так же выходит в атриум.

Зимой схема меняется. Воздух из подземного воздуховода подается в нижнюю часть атриума для прогрева. На потолке атриума вентиляционные задвижки закрываются, чтобы не выпускать тепло на чердак. В то же время открываются задвижки в вентиляционных трубах в северной части здания. Теплому воздуху из атриума не остается другого выхода, кроме как пройти через жилые комнаты – и вырваться наружу.

Как видно, система вентиляции на естественной тяге эффективнее работает летом. Зимой же хорошо прогревается только второй этаж, при этом теплый воздух постоянно выводится из дома. Решить эту проблему помогает система рекуперации.

Возвращение тепла

Рекуператоры — это приборы, которые умеют забирать тепло у выходящего наружу воздуха и возвращать это тепло в дом. Рекуператор состоит из системы теплообменников, которые работают по принципу обычного холодильника. Разница только в том, что холодильник охлаждает воздух в морозильной камере и выводит тепло на свою заднюю стенку. Рекуператор же охлаждает выходящий из дома воздух, а тепло возвращает внутрь помещения. Теплый поток воздуха от рекуператора логично направить в комнаты первого этажа с помощью вентилятора.

Понятно, что рекуператор и вентилятор работают на электричестве. Но все же расход энергии получается намного меньше, чем при использовании электроприборов для нагревания воздуха в комнате до той же температуры.

Упрощенный вариант рекуператора работает без компрессора и хладогена. Энергия передается от теплого воздуха холодному с помощью металлического теплообменника. Электроэнергия при этом не потребляется.

Как бороться с перегревом?

Форма и планировка солнечного дома специально подобраны так, чтобы притягивать больше теплых лучей. Но как быть летом?

Рецептов здесь немного, но все они простые и эффективные. На большие окна можно установить жалюзи, которыми легко регулировать количество поступающего света. Жалюзи должны быть расположены снаружи, иначе они сами будут работать как мощный нагреватель.

Еще более простое решение — это козырек над окном. В течение года траектория движения солнца по небосводу меняется. Козырек проектируется таким образом, чтобы низкое зимнее солнце беспрепятственно светило в окна, а высокое летнее закрывалось.

В настоящем «солнечном доме» козырек стараются вписать в архитектурный облик. В доме же с традиционной архитектурой можно сделать временный навес над окном на летний сезон.

А вы пробовали сделать ваш дом энергоэффективным?

www.mechtaevo.ru