Эскизный проект загородного сельского дома с отоплением от солнечного коллектора. Статья Наука и Жи

Раздел. ЭКО отопление

С чего, собственно, начиналось.

Сохранил вырезку из журнала «Наука и Жизнь», кажется №12 за 1985 год.

Публикую с сокращениями (выброшены пространные рассуждения про «прозорливые решения КПСС и съездов» и пр, и описание внутренностей дома. Т.к. меня интересовало собственно устройство и логика работы солнечного коллектора.

Мои комментарии - наклонным шрифтом. (К.Т.)

* * *

Арх. А.Семенов.


СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ

Возможность использования солнечной энергии для экономии топлива при обогреве характеризуют следующие цифры. Среднее за год значение суммарной солнечной радиации поступающей в сутки на 20 м2 горизонтальной поверхности составляет примерно 50-60 квт. Это соответствует затратам энергии на отопление дома площадью 60 кв.м.

Еще в 1982 году был осуществлен проектный эксперимент, в котором рассматривалась возможность сочетания гелиосистемы отопления с небольшим сезонно обитаемым жилым домом (дачей). Эскизный проект такого дома и представлен на рисунках.

Анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования «солнечных» домов показал, что для условий эксплуатации сезонно обитаемого жилища средней полосы России наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения. Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по теплоизолированным воздуховодам подается в помещение. Удобство использования воздушного теплоносителя по сравнению с жидкостным очевидны: нет опасности что система замерзнет, нет нужды в трубах и кранах, простота и дешевизна, возможность изготовления гелиосистемы своими силами. Хотя очевидный минус - невысокая теплоемкость воздуха.

В части расположения солнечного коллектора на доме предпочтения отдается вертикальному варианту. Он много проще в строительстве и дальнейшем обслуживании. По сравнению с наклонным коллектором (например, расположенным на крыше) не требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой нагрузки, с вертикальных стен проще смыть пыль и т.д. Плоский вертикальный коллектор помимо прямой солнечной радиации будет воспринимать и рассеянную, отраженную от земли или снега энергию в условиях пасмурной погоды и при легкой облачности.

В предыдущей статье я уже рассуждал на тему расположения коллектора. Зимой вообще то нет разницы, где расположен коллектор, т.к. продолжительность дня невелика (6-8 часов) да и погода по большей части пасмурная. А в тот период, когда солнце светит, вертикальный коллектор откровенно проигрывает наклонному. Т.к. солнцу быстро увеличивает угол наклона и вертикальный коллектор быстро теряет свою эффективность. Солнечный коллектор должен находиться в плоскости максимально перпендикулярной плоскости движения Солнца максимально большее время. Вертикальный коллектор никогда не находится в такой ситуации.

Коллектор не создает высокопотенциальной теплоты, как это делает концентрирующий коллектор, но для конвекционного отопления этого и не требуется, здесь достаточно иметь низкопотенциальную теплоту. По проекту солнечный коллектор располагается на фасаде ориентированном на юг (допустимо отклонение до 30 град на восток или на запад). Его площадь составляет 21 кв. метр.

Коллектор такой площади может отдать пиковую мощность до 15-20 квт*час. Это не так уж и много, как хорошая печь. Этого явно не достаточно для отопления и тем более накопления тела даже на ночь. Надо использовать практически всю доступную площадь дома для накопления тепловой энергии.

Так например на рисунке изображен режим вентиляции теплицы. Но ведь теплица так же является тепловым коллектором. Почему бы не сбрасывать излишек тепла в тепловой аккумулятор?

Конструктивно солнечный коллектор представляет собой ряд застекленных вертикальных коробов, внутренняя поверхность которых зачернена матовой краской, не дающей запаха при нагреве. Ширина короба ок. 60 см. Это определяется шириной оконного стекла, что бы его не нужно было резать. Глубина коробе - 10-12 см. Вертикальные перегородки между коробами изготавливаются из деревянного бруса, набитого на стену дома. Остекление выполнено обычным образом, в верхней точке выполнено двойное остекления для уменьшения теплопотерь. Воздуховоды выполнены из досок, фанеры или оргалита. (Металл и пластмасса нежелательны).

Следует напомнить, что статья написана в 1985-м году. Сейчас логичнее всего использовать сотовый поликарбонат. Он имеет два слоя, что уменьшает теплопотери, не очень хрупок и выдерживает значительные снеговые нагрузки (при правильной обрешётке). Т.е. в современных условиях лучше все же делать наклонный коллектор, с углом наклона 35 градусов. При таком наклоне и снег на крыше держаться не будет.

Современные воздухопроводы так же сплошь металлические и пластиковые. Только их нужно соответственным образом теплоизолировать. Различная запорная арматура и управляемые клапана так же имеются в продаже, что решает проблему автоматизации и механизации процесса.

Неравномерность потока солнечной радиации в течении дня, а также желание обогревать дом ночью и в пасмурный день диктует необходимость устройства теплового аккумулятора. Днем он накапливает излишнюю тепловую энергию, а ночью отдает. Для работы с воздушным отоплением наиболее рациональным считается гравийно-галечный аккумулятор. Он дешев и прост в строительстве. Гравийную засыпку можно разместить в утепленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в аккумулятор с помощью маломощного оконного вентилятора. Для дома, проект которого на рисунках достаточно аккумулятора с объемом засыпки от 3 до 6 кубометров.

Теплоемкость камня значительно ниже чем у воды. Т.е. 5 кубометров воды запасут тепла значительно больше, чем 5 кубометров щебня. Кроме того, чем выше разность температур аккумулятора и окружающей среды, тем выше скорость теплообмена и больше теплопотери. Поэтому выгоднее нагревать возможно бОльший теплоаккумулятор на небольшую температуру, чем меленький - на большую температуру.

Единственный плюс гравийного или каменного аккумулятора - он «вечный» и не надо устраивать теплообменник. Груда камней и есть теплообменник. Но большой камень сейчас в большой цене.

Я бы в данном случае предпочел использовать «камни» с теплоемкостью воды. Например, можно использовать ПЭТ бутылки или канистры на 5-10-20 литров воды, уложенные в стеллаж.

Система солнечного обогрева дома работает в трех режимах: отопление от коллектора, аккумулирование энергии и отопление от аккумулятора.

В прохладные о солнечные дни воздух нагревается в коллекторе и поступает в помещение через отверстия у потолка. Циркуляция воздуха идет за счет естественной конвекции.

В ясные теплые дни горячий воздух забирается из верхней зоны коллектора и с помощью вентилятора прокачивается через гравий, заряжая аккумулятор тепловой энергией.

Для ночного отопления и при пасмурной погоде воздух из помещения прокачивается через аккумулятор и возвращается в комнаты подогретый.

Бак для горячей воды расположенный в теплоизолированном отсеке теплицы над душевой нагревается непосредственно солнечными лучами.

Понятно, что в средней полосе гелиосистема лишь частично обеспечивает потребность в отоплении. Расчеты показывают, что сезонная экономия топлива за счет комплексного использования солнечной энергии может достигать 50%.

Дом имеет односкатную крышу, так как должен иметь максимально большой фасад, обращенный на юг. Блокировка с теплицей так же работает на теплосбережение. В теплицу попадаешь непосредственно из дома, а сама теплица уменьшает потери тепла через стену дома. С северной стороны теплица защищена хозблоком. Стеклянные стены теплицы изнутри покрыты полиэтиленовой пленкой с воздушной прослойкой в 10 см. Это в 2 раза сокращает теплопотери, не тает образовываться конденсату и практически не ослабляет солнечную радиацию.

На мой взгляд, теплицу лучше пристраивать с южной стороны. Таким образом в площадь коллектора можно будет включить и саму площадь теплицы, и вертикальную стену дома, примыкающую к теплице. Нетрудно рассчитать эффективную площадь такого коллектора.

К. Тимошенко

Вам понравилось? Тогда:

По материалам сайта: http://dom.delaysam.ru