1. Що таке пасивний «сонячний» будинок
2. Рішення для пасивного сонячного обігріву
3. Активні системи сонячного обігріву

Повторно, ефект відкритий деСоссюром, привів до нової вісі в області сонячної енергетики на початку ХХ століття. При зведенні відомого, повністю заскленого, "будинку майбутнього" (House of the Future), спроектованого спеціально для Виставки Досягнень, що проходила в 1933 році в Чикаго, архітектор і дизайнер Джордж Кекка виявив, що робітники всередині будинку, незважаючи на те, що за вікном була зима, а обігрівачі вимкнені, змушені працювати в майках. Дане спостереження послужило поштовхом до розробки так званих пасивних сонячних будинків.

Джордж Ф. Кекка є дизайнером-піонером в області пасивних сонячних будинків 1930-40-х років. Згідно зробленій спостереження, Кекка став використовувати переважна скління південного фасаду будівель, які проектував для своїх клієнтів. Так, в 1940 році, Кекка спроектував пасивний сонячний будинок для забудовника Говарда Слоана (Hovard Sloan) з Гленвью, штат Іллінойс. Саме щодо будинку Г. Слоана газетою Чикаго Трібюн (Chicago Tribune) було введено в обіг, що стало прозивним, назва "сонячний будинок". Ця назва використовується до сих пір для позначення будинків з частковим або повним опаленням енергією сонця. За зробленим проекту Слоан побудував ряд пасивних сонячних будинків, тим самим викликавши, так зване, переселення в сонячні будинки 1940-х років.

Що таке пасивний «сонячний» будинок

Пасивним називають сонячний будинок, який не має спеціальних "активних" механізмів для використання сонячної енергії (рис. 3).

Мал. 3. П'ять основних елементів, що характеризують сонячний пасивний будинок: південне скління, козирок від літнього сонця, вільне планування для спрощення руху теплого повітря, добре поглинає сонячну енергію підлогове / стінні покриття з натурального матеріалу (теракот, керам. Плитка, бетон) товстого шару для накопичення енергії на ніч.

Обігрів приміщень здійснюється виключно за рахунок ряду архітектурних прийомів, таких як переважна південне і відсутнє північне скління будівлі, планування, що забезпечує вільне руху повітря в приміщенні, накопичення теплової енергії в товщі архітектурних конструкцій.

Тут необхідно зазначити, що на даний момент, в середньому по Європі, енергетичні витрати на опалення складають більше 40% і, таким чином, є найбільш витратною сферою енергоспоживання. Тому, застосування енергозберігаючих та альтернативних технологій в цій галузі відіграє значну роль в зниженні комунальних платежів індивідуального господарства, а також зниженні екологічного навантаження на навколишнє середовище, внаслідок зменшення викидів вуглекислого газу в атмосферу в результаті зниження кількості палива, що спалюється викопного палива. Економія за рахунок установки високоефективних сонячних систем теплогенерації може становити більше третини енергетичних витрат.

Нижче наведено список "сонячних" будівель, що мають міжнародне значення, що відображають розвиток інженерної думки в області сонячної архітектури:

• Сонячний будинок №1 Массачусетського технологічного інституту, Массачусетс, США (дизайнер Hoyt C. Hottel і інші, 1939)

• Сонячний будинок Слоана, Гленвью, Іллінойс, США (George Fred Keck, 1940)

• Будинок Якобса (Jacobs) ІІ "Solar Hemicycle", під Медісоном, Вісконсін, США (Frank Lloyd Wright, 1944)

• Будинок Льоф (Löf), Boulder, Колорадо, США (George Löf, 1945)

• Будинок Розенберга (Rosenberg), Тусон, Арізона, США (Arthur T. Brown, 1946)

• Сонячний будинок №2 Массачусетського технологічного інституту, США (Hoyt C. Hottel і ін., 1947)

• Будинок Пібоді (Dover Sun House, Сонячний будинок №6 Мас. Тех. Ін-ту), Довер, Массачусетс, США (Eleanor Raymond і Maria Telkes, 1948)

• Будинок Генрі Гласса (Henry P. Glass), Нортфілд, Іллінойс, США (Henry P. Glass 1948)

• Школа Роз елементарний (Rose Elementary School), Тусон, Арізона, США (Arthur T. Brown, 1948)

• Сонячний будинок №3 Массачусетського технологічного інституту, США (Hoyt C. Hottel і ін., 1949)

• Будівля Національного коледжу в Нью Мексико, Нью Мексико, США (Lawrence Gardenhire, 1953)

• Сонячний будинок Лефевра (Lefever), Пенсільванія, США (HR Lefever, 1954)

• Будинок Мрії (Bliss House), Амадо, Арізона, США (Raymond W. Bliss і MK Donavan, 1954)

• Сонячне будівля (Solar Building), Альбукерке, Нью-Мексико, США (Frank Bridgers і Don Paxton, 1956)

• Будівля Університету в Торонто, Торонто, Канада (EA Allcut, 1956)

• Сонячний будинок, Токіо, Японія (Masanosuke Yanagimachi, 1956)

• Сонячний будинок, Брістоль, Об'єднане Королівство (L Gardner, 1956)

• Будинок Кертіса (Curtis), Рікмансворт (Rickmansworth), Об'єднане Королівство (Edward JW Curtis, 1956)

• Будинок Льоф, Денвер, Колорадо, США (James M. Hunter і George Löf, 1957)

• Дім "ЖітьсСолнцем" (AFASE "Living With the Sun" House), Фенікс, Арізона, США (Peter Lee, Robert L. Bliss і John Yellott, 1958)

• Сонячний будинок Массачусетського технологічного інституту №4, США (Hoyt C. Hottel і ін., 1958)

• Сонячний будинок, Касабланка, Марокко (CM Shaw & Associates, 1958)

• Сонячний будинок, Нагоя, Японія (Masanosuke Yanagimachi, 1958)

• Сонячний корт (Curtiss-Wright "Sun Court"), Прінстон, Нью-Джерсі, США (Maria Telkes і Aladar Olgyay, 1958)

• Сонячний будинок Томасон "Соляріс" №1, округ Вашингтон, США (Harry Thomason, 1959)

• Пасивний сонячний будинок, Одеілло (Odeillo), Франція (Félix Trombe & Jacques Michel, 1967)

• Будинок Стіва Баєра (Steve Baer), Корралес, Нью Мексико, США (Steve Baer, 1971)

• Скайтерм хаус (Skytherm House), Атаскадеро (Atascadero), Каліфорнія, США (Harold R. Hay, 1973)

• Солар Ван (Solar One), Ньюарк, Делавер, США (KW Böer і Maria Telkes, 1973)

• Перший прототип будинку з нульовим енергоспоживанням держдепартаменту енергетики США (First Zero Energy Design US Department Of Energy supported home ), 1979

• Будинок Сондерса в Шрусбері, Массачусетс, США (Norman B. Saunders, 1981)

• IEA Task 13 Solar Low Energy Buildings (группаархітекторов, 1989)

• Пасивний будинок в Дармштадті, Німеччина (Bott, Ridder і Westermeyer, 1990)

• Геліотроп (Heliotrope) - перше в світі будівля "ПлюсЕнерджі" (PlusEnergy building) - будівля, яка провадить більше енергії, ніж необхідно для його експлуатації (Rolf Disch, 1994)

• Школа The Druk White Lotus вЛадакх, Індія (World Architecture Awards, 2002)

• ПроектТеннері - первоесетевоекоммерческоезданіеснулевимпотребленіемелектроенергіі (Tannery Project - First Net Zero Electric Commercial Building) вСоедіненнихштатахАмерікі (группаархітекторов, 2006)

• Сонячний корабель (Sun Ship), перше в світі комерційне будівля типу ПлюсЕнерджі - виробляє більше енергії, ніж потрібно для його експлуатації. (Rolf Disch, 2006)

Рішення для пасивного сонячного обігріву

Як вже зазначалося вище - пасивний сонячний будинок є комплексом чисто архітектурних інженерних рішень, спрямованих на максимальне затримання сонячної енергії всередині приміщення, тобто непряме використання сонячної енергії для нагрівання.

Розглянемо ряд таких рішень (рис. 4). В першу чергу - вже згадане пріоритетно південне скління будинку, що приводить до збільшення потоку сонячної енергії, яка надходить в приміщення. Прилаштування до південного фасаду будівлі теплиці, яка повітряно пов'язана з житловими приміщеннями, для забезпечення вільної циркуляції нагрітого повітря в будівлю.

Мал. 4. Обігрів будинку за рахунок збільшення проникнення сонячного світла в приміщення, за рахунок прибудованої теплиці і за рахунок стіни Тромба.

Наступним інженерним рішенням стало запасання теплової енергії в масиві архітектурних конструкцій - збільшення масиву освітлюється і нагрівається сонцем стіни (або підлоги). Зрозумілим є факт, що велика маса, наприклад, бетонної стіни, зможе накопичити більшу кількість теплової енергії, надлишок якої зможе віддати в приміщення вночі. Стіна Тромбу (названа так на честь її винахідника) - масивна кам'яна (бетон, цегла) фасадна стіна, звернена на південь, засклена і пофарбована в селективний, до поглинання сонячних променів, чорний колір. За сонячний день така стіна нагрівається від сонячних променів, а в нічний час - поступово віддає накопичене тепло всередину будинку. Часто забезпечується в нижній і верхній частині воздуховодами. Дані повітроводи (див. Рис. 4) служать для надходження холодного повітря з приміщення (розташовані в нижній частині стіни) в простір між стіною і склом, і теплого повітря назад в приміщення (верхні канали).

Активні системи сонячного обігріву

Крім пасивних, розроблені також активні системи сонячного обігріву будівель, які складаються з повітряних сонячних колекторів, системи повітропроводів (вентиляційних каналів) і теплоаккумулятора, а також часто комплектуються вбудованим в систему запасним джерелом тепла (газовий, дров'яної, електричний) і системою управління (рис. 5).

Незважаючи на гадану примітивність такі рішення знайшли широке застосування як в приватному, так і в комерційному будівництві, а також будівництві муніципальних установ в США, Західній Європі та в усьому світі, які експлуатуються аж до теперішнього часу (див. Список «сонячних» будівель, вище ) приносячи своїм користувачам задоволення за рахунок зниження витрат на опалення, а також за рахунок усвідомлення того факту, що користувач вніс свій внесок в глобальне поліпшення екологічного стану навколишнього середовища - значно сни верб кількість вуглекислого газу, виробленого даними господарством.

Мал. 5. Сонячний будинок з активною системою повітряного сонячного обігріву.

У таких будівлях, прохолодне повітря з приміщення, за системою повітропроводів, за допомогою вентиляторів нагнітається в сонячний колектор, який являє собою засклений ящик з адсорбером (поглиначем), пофарбованим в чорний колір. Нагрітий на сонці адсорбер нагріває дотичний з ним повітря. Далі, система контролю (якщо є) вирішує: направити нагріте повітря відразу в приміщення - для негайного використання, або в теплоаккумулятор - для накопичення. Віддавши своє тепло приміщенню або теплоаккумулятор, значно остиглий, повітря спрямовується в сонячний колектор для повторного нагріву, - робочий цикл повторюється. Найпоширенішою конструкцією теплоаккумулятора, в повітряних системах сонячного опалення, є сховище, заповнене гранітними каменями так, щоб проходить нагріте повітря максимально з ними стикався - для передачі свого тепла масі каменів.

В період енергетичної кризи 1970-х в США популярні були спрощені системи сонячного повітряного опалення, прибудовують до вікон - які випускалися серійно або створювалися власниками самостійно. У таких системах відсутній теплоаккумулятор (рис. 6).

Мал. 6. Сонячний повітряний колектор простої конструкції. Повітроводи колектора вводяться в приміщення через вікно.

Слід ще раз відзначити, що системи повітряного сонячного обігріву добре себе зарекомендували під час енергетичної кризи в США в 1970-х роках. Існують сонячні будинки, які до сих пір знаходяться в робочому стані, без будь-яких істотних поломок за весь період експлуатації. Для прикладу, сонячна повітряна система (в США існувало безліч фірм, які пропонували розробку і інсталяцію подібних систем в середині 70-х) успішно експлуатується понад двадцять п'ять років ( http://www.builditsolar.com/Projects/SpaceHeating/360SFAir/360SFAir.htm ), А також передова, свого часу, розробка - будинок Льоф, який був спроектований і успішно експлуатувався господарем з моменту зведення в 1945 році, аж до смерті Льоф в 2009 році ( http://solarhousehistory.com/blog/2013/6/23/george-lf-house-1956-2013 ).

Читати далі: Розвиток сучасної сонячної енергетики >>