Солнечный дом

Солнечный дом позволит использовать солнечную энергию для отопления дома, не потратив при этом огромной суммы денег на сложные системы.

Конечно! Но при условии продуманной архитектуры: благоприятного расположения дома относительно сторон света, придания ему соответствующей формы, грамотного размещения окон, удачной планировки помещений, а также использования «правильных» стройматериалов.

Сквозь большие застекленные поверхности окон солнечные лучи проникают внутрь здания. Зимой эту энергию можно использовать для дополнительного обогрева внутреннего пространства строения, а летом помещения нужно защищать от перегрева — закрывать окна шторами и маркизами

Хвойные деревья и кусты, посаженные вдоль северного фасада дома на близком расстоянии от него, защищают строение от холодно го ветра в зимнее время.

Таким образом, лишь незначительно увеличив стоимость строительства дома (всего на 8-10%) по сравнению с традиционными решениями), не изменив его внешний вид и не уменьшив комфорт проживания в нем, создают системы пассивного использования солнечной энергии для обогрева. Проведенные исследования доказывают, что применение данной системой в домах, утепленных в соответствии с ныне действующими требованиями, позволяет снизить расход традиционной энергии в период отопительного сезона на 2030%, а в домах с высокой термоизоляцией — даже на 50%. Достичь такой экономии можно, если традиционные системы отопления оснащены управляющей автоматикой.

Решив затенить растениями открытый солнцу фасад дома, нужно выбрать лиственные деревья и кусты, дающие летом тень, а зимой — пропускающие солнечные лучи.

Расположение на участке

Дом. Основным условием эффективного использования солнечной энергии является его соответствующее расположение относительно сторон света.
Хорошо, если самая длинная стена будет размещена на оси восток -запад и обращена на юг. Конечно, не на каждом участке это возможно. Отклонение от оси на 15° заметна не влияет на количество тепла, получаемого через застекленные участки фасада дома. В украинских географических широтах наибольшее отклонение от оси восток — запад, при котором солнечное излучение является благоприятным, составляет 20° в восточном направлении и 35° — в западном. Если ось восток — запад проходит точно перпендикулярно по отношению к улице, то для того чтобы выходящие на юг стены были полностью открыты солнцу, соседние дома должны находиться на значительном расстоянии от него. Длина тени, которую отбрасывает дом, имеющий высоту 5 м, в день, когда солнце находится ниже всего по отношению к горизонту, то есть 21 декабря, составляет 19 м! Растительность. Выбирая участок и планируя расположение на нем деревьев, кустов или каких-либо строений, нужно учесть, что зимой они не должны отбрасывать тень на прогреваемый южный фасад дома. Продуманное расположение растений на участке, особенно деревьев, позволит регулировать проникновение солнечных лучей в дом.

Растущие в соответствующем месте лиственные деревья летом задерживают до 90% солнечного света, зато зимой, когда с них опадут листья, только около 50% лучей. Благодаря правильному расположению на участке деревьев и кустов можно уменьшить силу воздействия ветра на дом, что будет способствовать снижению в нем теплопотерь. Зимой, при морозном ветре, хвойные деревья — такие как ель или туя, растущие с северной, северо-западной и северо-восточной сторон дома, значительно уменьшают потери тепла. Помогает в этом и расположение деревьев вблизи стены дома, благодаря чему рядом с ней возникает зона низкой подвижности воздуха.

Если растения не являются достаточной защитой от солнца, необходимо обеспечить дополнительное затенение застекленных участков.

Форма и размер дома

Чтобы дом был энергосберегающим, его форма должна быть простой, компактной, без особых изгибов и выступов. Желательно, чтобы южный фасад имел самую большую площадь, а северный — наименьшую. Этого можно достичь, если дом в плане представляет собой трапецию и накрыт односкатной крышей (с наклоном в северном направлении). В случае когда дом размещен на склоне холма, то с северной стороны он должен быть частично заглублен в землю.

Наименее выгодными — из-за высоких удельных потерь тепла — являются одноэтажные дома. Наиболее рационально возведение строения : жилой мансардой.

Естественное освещение и получение солнечной энергии

Возможность естественного освещения помещений и одновременного получения солнечной энергии для их обогрева зависит от соответствующего расположения дома относительно сторон света. Лучи солнца падают в помещение под разными углами — зимой под более низким, чем летом. Чтобы приток тепла был ощутимым, окна должны размещаться на фасадах, на которые зимой попадает больше солнца.

Окна, используемые для получения солнечной энергии, должны быть большими, размещенными поближе к потолку, но не доходить до пола. Остекленная зона над полом не обеспечивает большого притока тепла, а зимой способствует его потерям.

Остекление фасада

Получению солнечной энергии способствуют остекленные участки фасада. Но наибольшее количество солнечных лучей может проникать внутрь дома только через окна, правильно установленные относительно сторон света. Тепла, попадающего через окна определенного размера (составляющие 30—10% от площади фасада), может вполне хватить для обеспечения комфортной температуры в помещениях даже в морозные дни, если светит солнце. Важно расположить окна так, чтобы внутрь дома проникало максимальное количество солнечного света.

Поэтому больше всего окон следует расположить с южной и западной сторон. С северной — их лучше не делать вообще.
Может показаться, что самым выгодным решением является полное остекление дома с южной стороны, при котором в помещение будет проникать наибольшее количество солнечных лучей. Но это не так. Летом в таком строении помещения могут перегреваться, при этом зимой потери тепла, вызванные его утечкой через большие остекленные участки, будут превышать количество тепла, которое дает солнечное излучение. Очень большое значение имеет угол, под которым солнечные лучи падают на определенную поверхность: чем он больше, тем больше лучей попадет на пол. Зимой, когда лучи под большим углом падают на вертикальные или на горизонтальные поверхности,

важно, чтобы они достигали не только пола, но и стены, поглощающей больше тепла.
Чтобы получать больше солнечной энергии, окна нужно устанавливать как можно выше, но они не должны быть высокими, то есть начинаться сразу же над полом, Может оказаться, что количество тепла, получаемое через нижнюю часть окна, будет меньшим, чем потери тепла в холодный период из-за слишком большой площади самого остекления. Установка окон на высоком уровне от поверхности пола оправдывает себя летом — благодаря этому меньше нагреваются полы.

Увеличенные потери тепла

К сожалению, стеклянные поверхности, служащие для поглощения солнечной энергии, в периоды, когда солнце не светит, способствуют увеличению потерь тепла в доме. Чтобы количество потерь тепла не превзошло количества получаемого тепла, нужно использовать защиту. которая предотвратит его утечку, по крайней мере, через самые большие окна, что увеличит счет по ЖКХ. Самым простым решением является использование наружных ставен или роллет, которые одновременно будут являться дополнительной защитой от грабителей.

Аккумулирование тепла

Обогрев помещений теплом солнечного излучения имеет смысл только в том случае, если в них предусмотрены элементы, аккумулирующие тепло (теплоаккумулирующих). Иначе тепло будет ощущаться только в периоды, когда светит солнце. Дом, в котором для отопления используется солнечная энергия, отличается от других тем, что он оснащен специальными «аккумуляторами тепла». Ими являются массивные внутренние перегородки, в которых накапливается солнечное тепло, получаемое через окна. Когда солнечные лучи перестают обогревать помещение, их роль берут на себя такие «аккумуляторы». Самой важной из них является та внутренняя стена, которая находится напротив окна. Поэтому она должна быть достаточно массивной и иметь толщину 20-45 см. Может оказаться так, что именно эта стена окажется несущей. Тогда не нужно будет тратить дополнительные средства, чтобы увеличить ее толщину.
Способность к поглощению солнечного тепла возрастает, если стены окрашены в темный цвет (на 75% -по сравнению с белой стеной). Остальные поверхности в помещении должны быть как можно светлее, чтобы отражать и рассеивать свет. Элементом, который идеально подходит для аккумулирования тепла, является корпус камина, находящегося напротив окна. Нужно только сделать его из массивных материалов — цельных кирпичей или бетонных блоков. Выполнить корпус для каминных вкладышей из гипсокартонных листов значительно проще и дешевле, но в таком случае теряется возможность аккумулирования тепла, которую обеспечивает стена толщиной в несколько десятков сантиметров. Если необходимо максимально эффективно использовать солнечное тепло для обогрева помещений, нужно уменьшить глубину того помещения, которое будет выполнять функцию «солнечного коллектора». Чтобы на массивную стену, аккумулирующую тепло, попадало максимальное количество солнечных лучей, она должна находиться как можно ближе к южному окну. Желательно, чтобы это расстояние не превышало высоту окна более чем в 2,5 раза. Если оно окажется большим, нужно обеспечить дополнительный доступ солнечного света в помещение с помощью мансардных окон. Стена, аккумулирующая тепло, не должна быть затенена зелеными растениями и заставлена мебелью, так как это уменьшит эффективность системы. Проведенные исследования показали, что такая простая система непосредственного получения тепла в наших условиях является эффективной.

Массивная внутренняя стена, находящаяся напротив остекленного южного фасада, очень хорошо аккумулирует тепло солнечного излучения.

Зимой солнце проникает внутрь помещений через неза1ененные окна. Темный каменный пол на протяжении дня аккумулирует тепло и отдает его вечером. Теплый воздух свободно расходится по прилегающим помещениям через проемы в стенах.

Остекленная веранда

Интересным является решение, соединяющее в себе непосредственный и косвенный способы обогрева помещений солнечными лучами. Оно заключается в пристройке с южной стороны дома полностью остекленной комнаты, которая может выполнять разные функции: нежилого, проходного помещения или веранды, соединенной с дневной зоной.

Но ее нельзя воспринимать как жилое пространство, поскольку, учитывая высокую степень остекления, летом здесь будет невыносимо жарко, а зимой — холодно. Стена, отделяющая веранду от остального дома, должна обладать такими же высокими теплоизоляционными свойствами, как и обычная наружная стена. Лучше всего сделать ее монолитной, хотя в ней могут быть оконные и дверные проемы или же она может быть полностью остеклена. Другой вариант — отказаться от разделяющей стены, но тогда это уже будет не пристройка, а только огромное окно в помещении. В нашем климате это означает увеличение расходов на отопление, следовательно, использовать подобное решение не рекомендуется. Кроме того, если между такой пристройкой и остальным домом нет монолитной стены, летом возникнет проблема перегрева помещений. Предотвратить это можно, установив роллеты или маркизы, затеняющие пристройку, повесив толстые шторы, закрывающие остекленные участки между пристройкой и внутренней частью дома, или установив кондиционеры.

Остекленная веранда выполняет функцию «солнечного коллектора», если для ее остекления использованы стекла с низкоэмиссионным напылением, которые пропускают солнечный свет внутрь помещения и не выпускают тепло наружу. Причиной увеличения внутренней температуры в пристройке в период ее освещения солнцем является оранжерейный (тепличный) эффект. Такая теплица станет элементом, который будет одновременно поглощать и аккумулировать тепло. Это выгодно зимой, так как нагретый здесь воздух проникает в прилегающие помещения через дверные проемы, окна или вентиляционные отверстия в разделяющей их стене. Открывая или прикрывая их, легко регулировать количество передаваемого тепла. Проток воздуха можно поддерживать с помощью вентилятора. Пристройка служит не только для поглощения тепла солнечного излучения. Она является буфером между внешней средой и внутренними помещениями дома, благодаря чему в них уменьшаются потери тепла. Не следует сильно заглублять в землю помещение пристройки. Остекление наружных стен можно выполнять из однокамерного стек-лопакета, а также использовать автоматические роллеты и жалюзи, позволяющие радикально снизить потери тепла через стекло ночью. Чтобы полученное тепло можно было использовать для обогрева помещений после заката солнца, рекомендуется засыпать пол пристройки слоем гравия или уложить на нем каменные плиты. Хорошими «аккумуляторами тепла» могут быть установленные в теплице герметичные емкости с водой, незамерзающим раствором или минеральным маслом. Стеклянная пристройка — это очень производительный «коллектор», высокая эффективность которого особенно ощутима в холодном климате.

Массивная стена, разделяющая вну(ренине помещения дома и остекленную веранду, петом защищает помещения от перегрева, а зимой выполняет роль «солнечного коллектора». Полученное тепло используется для обогрева помещений.

Такую веранду можно построить на мансарде, но нужно тщательно продумать способ ее затенения летом, тем более, что в теплый период в расположенных на мансарде помещениях и без этого бывает жарко.

Расположение помещений

Немаловажное значение для правильного функционирования энергосберегающего дома имеет организация его внутреннего пространства. При сооружении строений, пассивно использующих солнечную энергию (пассивной), следует обращать внимание не только на традиционную практичность, но и на то, чтобы расположение помещений было спроектировано с соблюдением следующих принципов:

зонирования — в доме нужно выделить зоны, в которых будет поддерживаться разная температура;
группирования — помещения, относящиеся к одной зоне, должны прилегать друг к другу (находиться рядом или одно над другим);
ориентации — расположение помещений относительно сторон света должно быть таким, чтобы солнечные лучи могли как можно больше проникать в них и поддерживать в них тепловой комфорт;
создания буферной зоны — с северной и наиболее ветреной стороны дома должна находиться буферная зона, состоящая из помещений, не требующих отопления, таких как: гараж, кладовки, подсобные помещения или помещения, в которых температура может быть ниже +16°С. В буферной зоне могут находиться кухня и прачечная — помещения, где идут процессы, связанные с повышенной температурой. С южной стороны дома буферную зону создает застекленная веранда.

Равномерному распределению тепла способствует наличие больших открытых пространств и элементов. Традиционное разделение на помещения приводит к установлению в них разных температур, в связи с чем возникает риск избыточного роста температуры в открытой солнцу южной части дома при одновременной необходимости дополнительного обогрева его северного крыла. Благоприятным с точки зрения теплового комфорта может быть использование вентиляторов, которые вызывают принудительный проток воздуха между этими частями дома. Но, если учесть шум, сопровождающий их работу, и расход электроэнергии, становится понятно, что данное решение не является удачным.

На южной стороне дома нужно располагать жилые помещения — гостиную, столовую, спальни.

Простые системы, но все-таки необыкновенные

Наверное, у многих читателей возникают сомнения: если бы это решение действительно было рентабельным и оправдывало себя, то пользовалось бы большой популярностью, а о системах пассивного солнечного отопления у нас не так много информации. Но в последнее время в Украине эта тема становится все более популярной, наряду с использованием солнечных коллекторов, тепловых насоси и других современных экологичных систем отопления, которые позволяют экономить природные ресурсы и уменьшить негативное влияние на окружающую среду.

Возможность применения солнечной энергии для отопления домов путем их правильного проектирования имеет большое будущее. Популяризацией пассивного отопления домов, энергосбережением и продвижением экологически чистых технологий начинают заниматься учреждения, действующие в интересах защиты окружающей среды. Наша страна постепенно подключается к распространенному в развитых странах направлению по использованию возобновляемых и альтернативных источников энергии — на юге страны уже действуют запущенные в этом году ветровые и солнечные станции, обеспечивающие электроэнергией ближайшие населенные пункты.

В Европе такие решения не только популярны, но и имеют поддержку на законодательном уровне. Подтверждением того, что использование таких решений имеет смысл, является строительство од-носемейных домов на Западе. Достаточно заглянуть в доступные в книжных магазинах европейские каталоги готовых проектов, чтобы убедиться — большинство представленных в них домов имеют архитектурные решения, направленные на использование солнечной энергии. При этом строения — красивые и функциональные. Нам ничего не мешает начать возводить такие же дома и присоединиться к всемирной тенденции использования солнечной энергии.