ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЖИТЛОВИХ БУДИНКАХ. Сонячне опалення.

23.07.2015

Колектори

ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЖИТЛОВИХ БУДИНКАХ

Зовнішні огородження конструкції — стіни, вікна, дахи — захищають приміщення житлового будинку від впливу негоди, вітру, холоду. Чим краще теплоізоляція, тим менше впливають низькі температури на внутрішній мікроклімат. Разом з тим в жаркий час року огорожі з хорошими теплозахисними якостями захищають приміщення від перегріву. В літній ясний день багато хто намагається піти подалі від нагрітого сонячним промінням будинку, сховатися у прохолоді дерев і не замислюватися над тим, як можна було б використовувати тепло сонячних променів.

Сонце постійно випромінює в навколишній простір енергію. Приблизно 9% випромінювання припадає на ультрафіолетові промені, 44% — на видимі, які нам світять, і 47% — на інфрачервоні, які нас гріють. Проходячи через атмосферу, інтенсивність сонячного випромінювання різко зменшується і на поверхню землі падає енергія, що складається з 1% ультрафіолетових, променів, 45% видимих і 54% інфрачервоних променів.

Виявляється і в домашніх умовах нескладно зробити найпростіші пристосування і конструкції для геліосистем і використовувати їх в будівлях не тільки південних районів, але й сезонно в індивідуальних будинках середньої смуги. Потрібно тільки вибрати правильну орієнтацію, форму, конструктивне рішення будівлі і його огороджень і використовувати можливі способи підвищення опроміненості будівлі.

За результатами багаторічних спостережень було визначено кількість сонячної радіації, що надходить до будівлі в ясні і хмарні дні. Виявилося, що в північних широтах (Архангельськ, Санкт-Петербург) максимальна опроміненість будівель спостерігається в червні, і активне опромінення триває близько 5 міс. в році. Тому в цих районах сонячне тепло для опалення будинків та підігріву води можна використовувати сезонно.

Південніше 50° північної широти (Волгоград, Харків, Ростов-на-Дону) максимум опромінення припадає на липень. А тривалість періоду активного опромінення цих районів різко коливається із-за різної кількості похмурих і дощових днів в кінці літа і восени.

У південних районах (Ташкент, Уссурійськ) максимальна опромінення спостерігається два рази на рік: у вересні-жовтні і січні-лютому.

Крім того, існує велика різниця в опроміненості будинків, розташованих в меридіональному та широтному напрямках. Тому найбільш раціональною орієнтацією сонячного будинку в північних широтах є меридіональна, що дозволяє підвищити приплив променистої теплоти на 30%. У південних широтах, де сонячна енергія створює перегрів та порушує умови теплового комфорту приміщень, вдома краще розташовувати в широтному напрямку, забезпечуючи тим самим оптимальний тепловий режим протягом круглого року.

Для використання сонячної енергії найбільше підходять ті конструкції, внесок яких в тепловий режим будівлі найбільший. На них же рекомендується встановлювати приймачі сонячних променів.

Конструкції, що дозволяють використовувати сонячну енергію, називаються енергоактивними. Вони вловлюють пряму і розсіяну короткохвильову сонячну радіацію і перетворюють її в корисну теплоту, необхідну для опалення будівлі або отримання гарячої води. Їх можна поєднати з елементами панелей, стін, підлоги, балконів і т. п. Принцип дії сонячного колектора полягає в «парниковий ефект» — здатності скла пропускати короткохвильове сонячне проміння і затримувати довгохвильову радіацію нагрітих поверхонь. В результаті такого селективного пропускання сонячні промені, проходячи через скло, нагрівають теп-оприемную панель, яка, у свою чергу, починає випромінювати довгохвильову радіацію. А завдяки здатності скла не пропускати довгохвильову енергію відбувається значне підвищення температури всередині обмеженого склом простору.

Найпростіша конструкція геліосистеми представляє сонячний колектор, що складається з сонячної пастки (або теплового захисту) і теплоприймаючої панелі (або геліоприймача), акумулятора і сонячної енергії. На поверхні сонячного колектора розташоване світлопрозоре покриття, зроблене, як правило, зі скла або плівки, під яким мається повний простір. Нижче розташований геліоприймач — теплопогло-щающая панель. Вся ця конструкція поміщена в металевий ящик, в нижній частині якого влаштовують теплоізоляцію.

Сонячна пастка, виконана з напівпрозорого огорожі зі скла або плівки, володіє селективним пропусканням променистої енергії. Геліоприймач — поглинач сонячної енергії — повинен мати чорну матову поверхню з великим коефіцієнтом поглинання сонячної радіації (близько 0,95—0,98). Його можна зробити з алюмінію, оцинкованої сталі, скла, бетону і обов’язково покрити кузбас-лаком. лампової черню, термостійкої резінобітумной мастикою. Робочу площу геліоприймача роблять максимально великий. У деяких випадках для збільшення кількості падаючої на геліоприймач сонячної енергії встановлюють відбивачі, зроблені з плоских або вигнутих пластин. Для геліоприймачів краще використовувати алюміній і сплави з легких кольорових металів.

Сонячні колектори можна розташовувати на скатних та пологих дахах, в зовнішніх стінах, в огорожі балконів, лоджій, віконних отворах і зенітних ліхтарях, на цоколі будинку, а також окремо від будівлі на деякій відстані ( 10.2).

Теплова захист геліоприймача робиться з одного або декількох слоевчостекления. Її функція визначається самою назвою — вловлювати сонячні промені і не давати теплового потоку поширюватися назовні, не допускаючи охолодження колектора. Виходячи з цього вона повинна мати хороші теплозахисні характеристики та її термічний опір має бути не менш ніж у аналогічних негелиотехнических конструкцій.

Якщо тепловий захист виконують з двох шарів скління, то її термічний опір повинне бути більше або таким же, як у вікна з подвійним склінням. Повітряна прошарок, що знаходиться між склом, сприяє підвищення теплоізоляційної здатності. Крім того, прозорість матеріалу, з якого виконана теплова захист, повинна бути максимальною для сонячних променів і мінімальною для теплового випромінювання геліоприймача.

Акумулятор тепла в енергоактивному огорожі призначений для накопичення і збереження тепла, яке може бути використане у вечірньо-нічний час та під час несонячної (похмурої) погоди. У зв’язку з його призначенням конструкція акумулятора повинна бути теплоємність.

У житлових будинках акумулятор роблять разом з энергоактивным огорожею або у вигляді окремої теплоізольованої системи, поєднаної частково або повністю з іншими частинами будівлі.

В якості акумулятора тепла в будівлі можна використовувати масивну плоску панель, наприклад залізобетонну, або спеціально сконструйовані для цих цілей панелі, розділені на секції, заповнені кам’яної щебенем, гравієм, грунтом, панелі з контейнерами (наприклад, у вигляді бочок), заповненими водою або іншою рідиною, а також панелі зі спеціальними герметизованими контейнерами з перенасиченим розчином хлористого кальцію, сульфату натрію, вуглекислого

натрію. В якості акумулятора можна використовувати пла-

вательный басейн або пожежний резервуар, в якості

теплоакумулюючої речовини часто застосовують воду

завдяки великій теплоємності і малої в’язкості.

При проектуванні геліосистем основне завдання за-

виключають в тому, щоб забезпечити достатню площу.

геліоприймачів і розмістити їх найкращим чином

відношенню до сонячних променів. Оптимальне положення

сонячного колектора — похиле, в той час як

радиционное положення стін — вертикальне. Крім це-

го найбільш доцільною орієнтацією колекторів є-

ється схід-південь-захід. На жаль, все це створює визна-

поділені труднощі для проектування і забезпечення

природним освітленням будівлі, призводить до необ-

Тим не менш, незважаючи на ці складності, існують

різні рішення, що дозволяють використовувати сонячну

енергію в індивідуальних житлових будинках. Розглянуті

нижче варіанти геліосистем досить прості, їх можна

зробити своїми руками і використовувати для підігріву води

та опалення.

Якщо на дачі необхідно нагріти воду для душу,

пропонується конструкція традиційного бака з водою з

деякими вдосконаленнями

Бак фарбують темною, краще чорною фарбою для збільшення

коефіцієнта поглинання поверхні. Це сприяє

збільшення її нагрівання сонячними променями. Знизу вуст-

раивают теплоізоляцію бочки — підкладають плиту

пінопласту товщиною 5-8 см. Можна використовувати і дру-

гой утеплювач. Потім на баці або бочці зміцнюють де-

ревянные, пластмасові чи металеві рейки, до яких кріплять прозору поліетиленову плівку. Її встановлюють так, що вона захищає собою верх і боки бочки або бака. Замість плівки можна використовувати і звичайне віконне скло. Таке пристрій, який створює «парниковий ефект», буде сприяти нагріву води. Нагрівати воду, використовуючи сонячне тепло, можна й іншим способом. На даху гаража, південному схилі даху будинку чи сараю, навісів над душем встановлюють плоску ємність для води висотою близько 20 див. Краще, щоб її дах або покриття були виконані з прозорого матеріалу.

Замість прозорого покриття можна використовувати теп-лопроводящий матеріал — метал. Його поверхня фарбують у чорний колір. Потім з північної сторони, звідки не надходять сонячні промені, влаштовують теплоізоляцію з пінопласту товщиною 5-8 см. З допомогою рейок і поліетиленової плівки чи будівельного скла аналогічно попередньому способу роблять прозору захист, що дозволяє краще нагріти воду.

Найпростіший сонячний нагрівач для літнього душу можна зробити з фреонового конденсатора від вийшов з ладу холодильника. Як правило, конденсатор — металева панель на задньої стінки холодильника у вигляді змійовика — пофарбована в чорний колір. Звернений до сонячних променів чорний конденсатор добре поглинає йде від сонця променисте тепло і нагріває проходить по ньому воду. Якщо конденсатор приєднати до нижньої частини бака за схемою, наведеною на 10.4, що знаходиться в змійовику вода буде нагріватися і підніматися вгору в бак, а більш холодна з нижньої частини бака буде надходити в конденсатор. Таким чином буде відбуватися циркуляція води, і вона рівномірно прогріється по всьому баку. Переваги цього способу в тому, що при включенні душа і зниженні рівня води в баку її, циркуляція не порушиться. Таку конструкцію можна використати і для нагрівання води для миття рук і посуду. Якщо сонце сховається на деякий час за хмарами, то тепло водою все одно можна користуватися, так як нагріта в баці вода завдяки своїй великій теплоємності ще якийсь час буде зберігати тепло. При утепленні бака шматками пінопласту або іншими теплоізоляційними матеріалами знизу і з північної сторони і встановлення сонячної пастки зі скла або поліетиленової плівки вода буде залишатися теплою досить тривалий час.

При бажанні в якості ємності для води замість бака можна використовувати звичайну автомобільну камеру. Завдяки чорному кольору гума добре буде поглинати сонячне тепло і нагрівати воду, що знаходиться в балоні.

Цей спосіб можна рекомендувати тим дачевладельцам, хто тільки що отримав земельну ділянку, на якій ще немає жодних зручностей. До того ж залишена на час в камері води не буде «іржавіти», а на специфічний запах можна не звертати уваги ( 10.5).

Теплими сонячними променями можна підігріти воду не тільки для душа і побутових потреб, але і для опалення. Для цього поверхню стіни або ската даху, звернену в південну сторону, фарбують у темний або чорний колір. По периметру вибраної ділянки роблять каркас з дерев’яних рейок. Перетин рейок беруть 5×8 див. На чорній поверхні мають зачерненную металеву трубку діаметром 8-30 мм у вигляді змійовика з кроком 10— 15 див. Замість металевої трубки можна використовувати чорний гумовий шланг. Встановлені трубки або шланг, що утворюють саморобний колектор, остекляют по каркасу віконним склом в один, а краще в два шари.

Якщо колектор влаштовують на стіні, має низьку теплозахист, на так званої холодної стіни, то треба зробити утеплення з внутрішньої сторони ділянки огорож-

дения, що знаходиться під колектором одним з розгляду-

перевірених у гол. 5 способів. Крім того, трохи вище ви-

ного колектора треба встановити бак (наприклад, на чер-

даке) і ізолювати його пінопластом або іншим теплоізо-

ляционным матеріалом. Потім до нього підключити трубки

або шланги таким чином, щоб верхній висновок коллек-

тора був підключений до верхньої, а нижній — до нижньої

частині бака. Підключивши трубки до системи водопостачання,

можна буде користуватися гарячою водою, нагрітої сонячних-

ною енергією.

Особливу увагу треба звернути на торцеві стіни

будівлі, що не мають вікон, або глухі частини стін, обра-

захищені на південну сторону. Ці поверхні, можна ска-

мовити, спеціально передбачені для розміщення на них

сонячних колекторів. Перевага таких ділянок

полягає в тому, що для пристрою колекторів не треба

робити перебудову і перепланування житлового будинку.

Певний інтерес з точки зору можливості

використання сонячного тепла являє собою

геліосистема, що складається з сонячної теплиці, розта-

женной біля південної стіни житлового будинку. Такі

теплиці дозволяють без особливих зусиль акумулювати сол-

нечное тепло і одночасно з цим займатися садівництвом.

Огорожу теплиці або оранжереї, виконаний зі скла чи прозорої плівки, є такий геліосистемі теплової захистом, що перешкоджає проникненню тепла назовні. Завдяки їй у теплиці підтримується порівняно висока температура. Через віконне заповнення тепло з сонячної пастки надходить у приміщення і прогріває його. Захисна теплицю зовнішня стіна будинку виконує функцію колектора і акумулятора сонячного тепла, що дозволяє збільшити теплонадходження в приміщення в сонячну і холодну погоду, підвищити температуру на внутрішній поверхні стіни і зменшити витрати на опалення.

У США сонячна теплиця вважається одним з ефективних методів пасивного опалення. А в приморських та інших районах, де панують сильні вітри, такі оранжереї і теплиці дозволять зменшити тепловтрати через вікна внаслідок інфільтрації.

Влаштувати оранжерею можна під балконом, лоджією або виступаючим другим поверхом. У цьому випадку тепло від повітря, як і в попередньому випадку, надходить через вікно до кімнати першого поверху, а також через перекриття, підвищуючи температуру на поверхні підлоги. Ефективність такого рішення полягає в тому, що завдяки розташованій під виступаючою частиною другого поверху оранжереї з теплим повітрям немає необхідності сильно утеплювати підлогу.

Біля зовнішньої стіни будинку можна зробити оранжерею не тільки на один, але і на два поверхи. У цьому випадку знижуються тепловтрати через стіни і вікна, звернені в теплицю, і збільшуються теплопоступленія в холодні сонячні дні у приміщення через стіни та вікна першого і другого поверхів. Одночасно з цим зменшуються витрати теплової енергії, які йдуть на опалення будинку. Крім того, пристрій зимових садів і оранжерей з зовнішньої сторони має й інші переваги. Підібравши певні квіти і рослини для зимового саду, протягом круглого року мешканці будинку будуть мати можливість бачити зелену рослинність через вікно свого теплого

будинки

Здається, що сонячну енергію для опалення,-

грева води та інших потреб доцільно використовувати толь-

до в жарких сонячних районах Африки, Америки, на

Канарських островах, на Чорноморському узбережжі і т.

В даний час питання зменшення витрати палива

для обігріву будівель і побутових потреб тісно пов’язаний з еко-

номическими і екологічними проблемами, вирішення ко-

яких надається велике значення у всіх країнах світу.

У зв’язку з цим розробляється велика кількість разів

нообразных проектів архітектурно-планувальних

рішень будинків та систем опалення, водопостачання і

вентиляції, що дозволяють зменшити витрати палива.

Наприклад, в р. Аахен побудований експериментальний будинок для

фірми PHILIPS. У ньому використана система

обігріву за рахунок сонячної енергії в зимовий час, приготу

товления гарячої води шляхом використання геліо — та електро

троустановок, а також регенерація тепла

Таким чином, будуючи котедж або дачний будиночок, доцільно продумати, як можна використовувати сонячну енергію. Як видно, для цієї мети не потрібно надзвичайно складних пристроїв і агрегатів. І наведені в цьому розділі приклади конструкції геліоустановок від найпростіших до досить складних дозволять Вам знайти підходящий для Вас варіант і радіти сонцю, що не тільки пестить нашу душу і тіло, але і дає реальну економію коштів.

Короткий опис статті: сонячна енергія

Джерело: ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЖИТЛОВИХ БУДИНКАХ. Сонячне опалення.
Колектори

Також ви можете прочитати