Отопление: основной источник энергии солнца (степень покрытия солнечной системой >50%)
Дополнительное отопление регенеративное. Вертикально наклоненная на юг крыша и большой встроенный бак для воды являются отличительными чертами архитектуры солнечных домов и символами независимого энергоснабжения. Дом с компактным прибором контроля за климатом или электрическим отоплением, тепловым насосом не израсходует и на четверть годовой первичный расход энергии от 5 до 15 кВт на м² полезной площади здания. Первичный годовой расход энергии включает так же и вспомогательную энергию (такую, как ток для насоса) и количество энергии, необходимой для получения, преобразования и распределения источника энергии через цепной процесс, выходящий за рамки системы. В плане отопления солнечного дома использование ископаемых источников энергии очень невелико, так как 100% тепла производится регенеративно. Кроме того, используются насосы, накапливающие энергию, таким образом, что лишь от 300 до 400 кВт часов потребления электрической энергии в год приходится на вспомогательную энергию.
Важной предпосылкой для низкого потребления энергии на отопление является хорошая, морозоустойчивая герметичная изоляция огибающей поверхности здания. Следует стремиться достичь следующих результатов при планировании строительства:
Внешние стены: 0,14-0,18 Вт/м²K
Крыша: 0,12-0,16 Вт/м²
Поверхность пола, соответственно, подвала: 0,20-0,24 Вт/м²K
Окна с тройным детермальным остеклением: 0,8-1 Вт/м²K (включая рамы)
Для соблюдения экологического баланса следует обратить внимание на ресурс первичной энергии и утилизацию отходов строительной конструкции при выборе строительных материалов и определении размеров толщины конструктивных элементов.
Например, «израсходованная» деревянная стена с изоляцией целлюлозы 0,18 производит лишь 100 Вт/м² первичной энергии; кирпичная стена с покрытием из полистерола при такой же изоляции производит 200 Вт/м², то есть в два раза больше.
При размере внешних стен 300 м² эта разница составляет уже 30000 кВт/ч. Это соответствует количеству топлива, которое позволяет отапливать дом 5-6 лет.
Для капитальных сооружений особенно хорошо подходит кирпич из перлита, который обладает хорошими качествами для строительства и не наносит вред экологии. При кирпичной кладке (42,5см) без дополнительной внешней изоляции достигается уровень изоляции 0,18 Вт/м²K
Пассивное использование солнечной энергии. Прозрачные конструктивные элементы (окна, иногда и зимний сад) обеспечивают внутреннюю часть здания светом и теплом – особенно если они направлены на юг. Однако они также являются источником потери тепла, когда солнце не светит: сама по себе изоляция тройного теплозащитного стекла где-то в четыре раза выше хорошей изоляции внешних стен. Получается двоякая ситуация: высокое качество окон (высокий уровень пропускания энергии при минимальных тепловых потерях, включая рамы) и адекватный выбор размеров стеклянного фасада – в зависимости от стороны света и аккумулирующей способности здания. На северном фасаде стеклянная поверхность должна быть минимального размера, на южном фасаде – большого размера, но не слишком большого.
Чтобы избежать перегрева летом и в переходный период, площадь окон, направленных на юг и запад, должна быть конструктивно затемнена или снабжена внешней защитой от солнца.Если солнце светит, солнечный дом зачастую даже в холодные дни обходится без активного отопления. Однако пассивное использование солнечной энергии не может конкурировать с ее активным использованием, так как собранное коллекторами солнечное излучение может храниться в резервуаре несколько дней, а иногда и недель.Вентиляционные установки с рекуперацией тепла: решение, но не необходимость.
При обычном проветривании потеря тепла происходит в разумных пределах. При наличии вентиляционной установки с рекуперацией тепла потери последнего можно сократить на половину. Это, однако, не уменьшит первичный энергетический баланс, так как тепло солнечного дома на 100% регенеративное, и следует учитывать потребление электрического тока вентилятором.
ОРИЕНТИРОВКА ДОМА ПО СОЛНЦУ
Солнечный дом «живет» от солнца и при солнце. Поэтому основным условием архитектуры и местоположения дома является в любое время года положение солнца. Рис 6 Зимой следует оптимально использовать инсоляцию и пассивно и активно. Летом следует избегать перегрева здания и гелиоустановки, используя для этого конструктивные решения.
Новый дом с оптимальным расположением площади коллектора.
Превращение дома в солнечный дом: благодаря тому, что при установке коллектора на плоской крыше он был приподнят, можно получить больше солнечной энергии. На примере справа была изменена форма крыши (удлинен конек крыши). Пригодная к использованию в солнечном доме солнечная энергия в процентах от максимальной в зависимости от ориентирования положения площади солнечного коллектора: P12 План отопления солнечного дома.
Годовая потребность в тепле для обогрева помещений и подогрева воды в солнечном доме на 50% покрывается термической гелиоустановкой. Дополнительное отопление накопителя также происходит регенеративно – например, при отоплении жилых помещений печью, работающей на древесине, с использованием воды. Система отопления поверхностей излучает тепло при низкой температуре теплоносителя, достаточной для нагрева помещений.
Для получения максимальной выгоды от использования энергии и для удобства отопления необходимо использование накопителя с хорошим разделением слоев: в верхней части накопителя должна быть горячая вода необходимого температурного уровня. В нижней части накопителя вода должна быть по возможности холодной для того, чтобы гелиоустановка функционировала при низкой рабочей температуре, а КПД был высокий.
Так работает солнечное отопление:
Гелиоустановка может производить тепло в том случае, если температура коллектора выше температуры в нижней (холодной) части накопителя. Жидкость-теплоноситель, состоящая из антифриза и воды, перемещается по системе благодаря встроенному насосу, при этом коллектор нагревается на 10-15 градусов и передает тепло через теплообменник воде в накопителе. Когда температура поступления выше температуры в верхней трети накопителя, включается второй теплообменник. Так бак для воды получает хорошее температурное расслоение по всему объему.
Ночью летом избыточное тепло охлаждается при помощи коллектора.
Разгрузка через нагревательный контур происходит благодаря специальному смесителю, который охлаждает преимущественно нижнюю часть накопителя. Только в том случае, если температура недостаточно высока, производится забор запаса горячей воды наверху. В горячей зоне располагается также водонагреватель, по длинной трубе нагревается поступающая вниз холодная вода. Дополнительное отопление с использованием печи или нагревательного котла происходит сверху вниз. Оно используется для того, чтобы вода в верхней части накопителя быстрее нагрелась до необходимого для использования температурного уровня. Только тогда четверной смеситель изменяет направление обратного процесса нижней части накопителя так, что на запасах воды можно продолжать процесс отопления. Благодаря высокой производительности системы с использованием воды и большой загрузочной камере котла процесс отопления максимально комфортен. Можно использовать и другие планы накопления, если они обеспечивают хорошее расслоение температур воды.
Компоненты отопления солнечного дома:
Для производства от 50 до 80% тепла в хорошо изолированном доме необходима площадь коллектора от 30 до 70 м². Площадь коллектора должна быть вертикально наклонена на юг, чтобы и зимой установка давала достаточно тепла. Лучше всего использовать коллекторы с большой площадью, которые монтируются на крышу при помощи крана в готовом состоянии. Преимущественно они монтируются в кровлю или фасад, в качестве связующей площади используется металлическое обрамление. Это способствует хорошему внешнему виду, а также защите от атмосферных воздействий. Оставшаяся часть крыши может быть использована для солнечной энергетической установки для производства солнечного тока.
2. Солнечный накопитель.
Большой накопитель со встроенным водонагревателем накапливает солнечное тепло для отопления и нагрева воды на несколько дней или даже недель. Объем накопителя в солнечном доме с покрытием гелиоустановкой от 50 до 80% определяет параметры от 150 до 250 литров на каждый квадратный метр площади коллектора.
В доме, полностью отапливаемом солнечной энергией, используются накопители размером 40 м³. для температурного расслоения лучше подходит удлиненная форма. Предпочтительно использовать двухэтажные комбинированные накопители с двухступенчатой системой загрузки и разгрузки. Загрузка может проводиться по внутреннему или внешнему теплообменнику. Вместо внутреннего бойлера можно также использовать нагреватель для питьевой воды, связанный с источником пресной воды. Установка накопителя в жилом помещении позволяет почти без потерь использовать гелиоустановку, так как отходящее тепло накопителя полностью используется для отопления помещения. Тем не менее, толщина изоляции накопителя должна составлять от 25 до 30см.
Удлиненная форма накопителя и множественная система загрузки и разгрузки позволяют достичь хорошего температурного расслоения. В продаже есть накопители различных размеров и с различными встроенными элементами.
Слоистость означает разделение различных температурных зон в накопителе, следует избегать смешивания различных зон и связанных с этим потерь работоспособности. Загрузка и разгрузка являются самыми важными процессами для эффективного использования накопителя. Система накопителя со встроенной системой слоевой загрузки еще более последовательно преследуют цель – точно по температурным зонам разместить теплую (и холодную) воду. При больших накопителях рекомендуется подсортировка при поступлении по двум различным направлениям.