Обогрев пространства жилого дома солнечным светом

4 January 2018

Продолжу цитировать свой перевод оксфордского учебника по возобновляемой энергии. В предыдущем посте мы обсудили использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии, теперь давайте поговорим о том, как солнечный свет обогревает пространство дома непосредственным образом, напрямую:

Солнечный свет необходим для нагрева воздуха комнат жилых домов приблизительно до 20°C. В Великобритании на на это также расходуется почти 20% всей энергии. Существующая в стране теплосеть может нагревать воду только до 45°C. В Британии это делают посезонно – с сентября до середины апреля, хотя этот срок можно сократить путем улучшения теплоизоляции. Эти сроки также несколько отличаются в разных районах Британии. Это подробнее освещено в разделе о пассивном солнечном нагреве.

Однако, есть фундаментальная проблема: в Великобритании, как и во многих странах северной Европы, собираемого солнечного света недостаточно для полного обеспечения потребностей обогрева в течение всех времен года:


Возможность использования солнечного излучения в зависимости от его интенсивности в Великобритании.

На диаграмме:
кВт*час за день. kWh per day.
Солнечное излечение, падающее на горизонтальные поверхности возле Лондона.
Solar radiation on horizontal surface near London.
Потребности в обогреве типичного британского дома.
Heating energy needs of typical UK house.
Тепло космического пространства. Space heating.
Горячее водоснабжение. Domestic hot water.
Лето. Зима. Summer. Winter.

Всего падающего на сушу света даже в Великобритании не просто хватает – он в избытке. Причем даже холодный сезон. Сумма излучения, перехваченного в над Великобританией зимой, относительно небольшая. В Лондоне, например, за типичный шестимесячный зимний период на 1 м2 обращенные на юг вертикальные поверхности жилых домов получают 250 кВт*час солнечного излучения.

Возможность использовать солнечный свет для обогрева помещений зависит от местного климата. Дальше будут описаны «солнечные дома», но строить их имеет смысл только в определенных местах, где тепло даже зимой. Опыт строительства таких домов в Великобритании может быть использован и в других европейских странах на той же широте.

Но зимой картина другая. Великобритания имеет относительно мягкие зимы. Однако, количество солнечной радиации зимой зависит от широты. Как видно диаграмме, средняя величина температуры в январе в Лондоне фактически идентична температуре на юге Франции (проследите по контуру кривой 5°C):


Различные климатические зоны Европы.

Почему же жители северной Европы едут на юг зимой? Ответ очевиден: потому что там более солнечно. Как мы видим по карте, юг Франции по сравнению с Лондоном в среднем за зиму получает в три раза больше солнечного света, падающего на горизонтальные поверхности.

Британские зимы мягки по сравнению с зимами многих стран Европы. 5°C контур для января.

В общих чертах, климат Западной Европы может быть распределен на четыре области:
1. Северная европейская береговая зона: здесь холодные зимы с низким средне-зимним уровнем солнечного освещения; мягкие лета.
2. Средне-европейская береговая зона: прохладные зимы со скромными количествами солнечного света; мягкие лета.
3. Континентальная зона: очень холодные зимы со скромными количествами солнечного излучения; жаркие лета.
4. Южная и средиземная зона: мягкие зимы с высоким солнечным светом; жаркие солнечные лета.

Это не совпадение, что многие солнечные экспериментальные проекты реализовали строительство на границах областей 3 и 4, в Пиренеях и вокруг Альп. Этот вид климата также типичен для Колорадо в центральных США – еще две области, где изобилуют обогреваемые солнцем дома.

Хорошие перспективы более широкого использования пассивного солнечного нагрева заставляют архитекторов уделять больше внимания климату при проектировании. Без учета климата проектирование намного легче.

Как говорил еще древнеримский архитектор Витрувиус (I ст. н.э.), приблизительная цитата:

Мы должны обращать внимание на климат стран, в которых строим дома. Один проект подходит для Египта, другой - для Испании, еще один - для Рима, и так далее: от места зависят и характеристики. И все потому, что одна часть земли находится прямо на пути солнца, в другую оно обминает. Очевидно, что проекты для домов должны согласоваться с разнообразием климата.

Опубликовано в Butti and Perlin, 1980

Обсудить в моем ЖЖ

Продолжение следует

Каталог 3-х первых разделов учебника

Также рекомендую:
Энергетика устойчивого будущего
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Сценарии развития энергетики до 2030 года
Сила, энергия и мощность
Солнечная тепловая энергия. Солнечный водонагреватель на крыше
Солнечная тепловая энергия для получения бытовой тепловой энергии
Солнечная радиация и времена года
Солнечная тепловая энергия и удивительные свойства стекла
Механизмы тепловых потерь стекла и U–показатель
Солнечная тепловая энергия и низкотемпературное оборудование в домах

Несколько характеристик атомной энергетики
Энергия и материя Вселенной