Пассивное солнечное отопление – это процесс использования определенной системы здания для тщательного регулирования внутренней температуры и использования тепловой энергии солнца.
Таким образом, цель пассивной системы солнечного отопления – аккумулировать солнечную тепловую энергию в течение дня в элементах или материалах здания и использовать ее в ночное время.
Во время поглощения солнечной тепловой энергии в жилом помещении должна поддерживаться комфортная температура. Это означает предотвращение возможного перегрева жилого помещения в дневное время.
Пассивное солнечное отопление обеспечивает комфортные условия проживания, снижает потребление энергии и сводит к минимуму техническое обслуживание. Оно применимо и подходит для небольших зданий, особенно если конструкция ограждающих конструкций здания контролирует потребность в энергии.
Что такое система пассивного солнечного отопления?
Основные элементы пассивной системы солнечного отопления включают в себя установку нескольких окон в доме в направлении, куда попадает больше всего солнечного тепла. Например, для Северной Америки лучше всего обращать окна на юг. Наличие тепловой массы для поглощения, накопления и распределения тепла – еще один жизненно важный элемент пассивной солнечной системы отопления.
Тепловая масса изготавливается из строительного материала, способного удерживать тепловую энергию, например, бетона, кирпича, керамической плитки и камня. Накопленное тепло может быть распределено в жилом помещении путем излучения, конвекции или теплопроводности.
Излучение – это перемещение тепла в виде волн. Конвекция – это передача тепла через воздух, которую можно увидеть в виде неровных линий в воздухе в жаркие дни, а кондукция – это передача тепла от накопителя к другой массе. Например, прикосновение к горячей поверхности и ожог – это передача тепла посредством проводимости.
Пассивная система солнечного отопления подходит для малоэтажных зданий в умеренном и холодном климате, казарм, вестибюлей, коридоров, комнат отдыха и больших помещений для технического обслуживания. Эта система может снизить потребление энергии на отопление на 25-75% по сравнению с обычными конструкциями.
Методы пассивного солнечного отопления
Для реализации пассивного солнечного отопления существуют три подхода:
Прямое усиление
В системе прямого поступления тепла жилое пространство собирает, поглощает и распределяет солнечную тепловую энергию.
Стекло, выходящее на юг, пропускает солнечную энергию в жилое пространство, где она прямо и косвенно воздействует на материалы тепловой массы, такие как каменная кладка стен и пола.
Тепловая масса принимает солнечное излучение днем и излучает тепловую энергию ночью в жилое пространство. Прямое солнечное излучение использует около 60-75% солнечного тепла, попадающего на окно.
Система прямого солнечного усиления
Косвенное усиление
В этой системе тепловая масса находится между солнцем и жилым помещением. Тепловая масса поглощает тепловую энергию солнца и передает ее в жилое пространство.
Система прямого усиления использует 30-45% солнечной тепловой энергии, которая попадает на окно. Существуют три метода пассивного солнечного отопления с непрямым усилением, а именно: системы теплоаккумулирующих стен (или стена Тромба), водяная стена и пруд на крыше.
Стена Тромба
Система теплоаккумулирующей стены поглощает и накапливает тепло в дневное время. Избыточное тепло передается воздухом между стеной и стеклом по принципу термосифона в жилое пространство. В ночное время вентиляционные отверстия стены тромба закрываются, после чего тепловая энергия рассеивается во внутреннем пространстве.
Принцип работы стены Тромба
Стена Тромба в Центре для посетителей в Национальном парке Зайон в штате Юта. Стена Тромба – это две нижние панели самого низкого уровня остекления.
Водяная стена
Водяная стена состоит из прозрачных контейнеров, заполненных водой. В течение дня вода поглощает и сохраняет солнечное тепло, а ночью рассеивает его в жилом пространстве.
Пруд на крыше
Система солнечного пассивного обогрева крышных прудов использует воду, которая заключена в пластиковые емкости и размещена на крышах, см. рис. 4 и рис. 5. Эта система является единственным методом косвенного усиления, обеспечивающим отопление и охлаждение.
Панели пруда на крыше
Пассивная система охлаждения и обогрева с прудом на крыше
В дневное время, в жаркое время года, когда желателен охлаждающий эффект, подвижная крышка или изоляция закрывает пруд на крыше, чтобы минимизировать поглощение солнечного тепла снаружи. В результате вода поглощает тепло из жилого помещения, что впоследствии обеспечивает охлаждающий эффект.
В ночное время подвижная изоляция снимается, и вода рассеивает тепло за пределами жилого помещения.
Система охлаждения пруда на крыше летом
В зимнее время, когда желательно использовать солнечное отопление, подвижная изоляционная крышка снимается днем, чтобы вода могла поглощать и накапливать тепло. В ночное время подвижная изоляция используется для покрытия пруда на крыше, чтобы предотвратить потерю тепла. В результате вода высвобождает тепло в жилом помещении и повышает температуру.
Пассивная система обогрева пруда на крыше
Изолированное усиление
Составные части изолированной системы пассивного солнечного теплопоступления изолированы от основной жилой зоны. Изолированный теплоприток использует солнечную энергию для пассивного перемещения тепла в жилое пространство или из него через воду или воздух путем естественной или принудительной конвекции.
Примером изолированной системы пассивного солнечного теплопоступления является солярий, см. рис. 8. В солярии используются функции прямого и косвенного усиления. Он состоит из солнечного коллектора, зоны хранения и теплоносителя.
Плоский пластинчатый солнечный коллектор использует воздух или жидкость для сбора тепловой энергии от солнца. Собранное тепло перемещается по трубам или каналам путем естественной конвекции в зону хранения, где охлажденная жидкость или воздух вытесняются и направляются обратно в коллектор.
Хранилище состоит из резервуара, если в качестве среды передачи используется жидкость, или из скалы, известной как бункер, если в качестве среды передачи используется воздух.
Если в качестве среды передачи используется воздух, нагретый воздух направляется в бункер, где камень или другой кладочный материал поглощает тепловую энергию. По мере того, как воздух теряет тепло на камень, он охлаждается, падает на дно бункера и возвращается в коллектор, тем самым завершая цикл. В ночное время лучистая энергия, накопленная в камне, излучается для обогрева жилого помещения.
Если в качестве теплоносителя используется вода, то нагретая вода поступает в резервуар, где она вытесняет холодную воду из резервуара и направляет ее в коллектор. Если процесс происходит без механической помощи, жилое помещение должно находиться над накопительным баком.
Изолированная система теплопоступлений с помощью встроенного солнечного коллектора для изолированного теплопоступления
Часто задаваемые вопросы
Что такое пассивная система солнечного отопления?
Пассивное солнечное отопление – это процесс использования определенной системы здания для тщательного регулирования внутренней температуры и использования солнечной энергии.
Какие существуют подходы или различные технологии для пассивной системы солнечного отопления?
1. Прямой приток
2. Косвенное усиление
2. Изолированное усиление
Необходимо ли утеплять здание для проектирования пассивного солнечного отопления?
Для нормальной работы системы пассивного солнечного отопления здание должно быть хорошо изолировано.
Какие типы зданий подходят для системы пассивного солнечного отопления?
1. Небольшие здания, такие как малоэтажные здания в умеренном и холодном климате, казармы,
2. Вестибюли,
3. Коридоры,
4. Комнаты отдыха,
5. Большие помещения для технического обслуживания.
Является ли пассивное солнечное отопление дорогим?
Включение пассивной системы солнечного отопления в здание увеличит его общую стоимость примерно на 0-3%.
Стекло, выходящее на юг в пассивном солнечном здании: как определить его оптимальный размер?
Что такое тепловая масса в пассивном солнечном здании?
Как спланировать строительную площадку для доступа солнечной энергии?
Читайте далее:- Что такое тепловая масса в пассивном солнечном здании?.
- Как работает пассивное солнечное охлаждение?.
- Каковы проектные соображения для системы пассивного солнечного отопления?.
- В чем разница между пассивным солнечным домом и домом с солнечной температурой?.
- Пассивные солнечные здания – концепция, преимущества и эксплуатационные характеристики.
- Стекло, выходящее на юг, в пассивном солнечном здании: Как определить его оптимальный размер.
- Пассивный дом: Снижение энергопотребления в вашем здании.