Солнечная тепловая энергия. Пассивное солнечное нагревание

08.01.2018

Раньше было:

Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив

Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года
5. Удивительные свойства стекла
6. Использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии - 1, 2
7. Активное солнечное нагревание

8. Пассивное солнечное нагревание

История

Все застекленные здания фактически имеют пассивный солнечный обогрев, т.е. они естественные солнцесборники. Максимального искусства использования солнечного тепла достигли древние римляне, которые разместили стекла для сбора света в месте наиболее частых общественных встреч – в термальных банях. В Помпеях были найдены оконные проемы шириной 2 м и высотой 3 м.

После падения Римской Империи на тысячелетие была утеряно умение делать действительно большие оконные стекла. Это умение было восстановлено только в конце 17-го столетия, когда во Франции стали делать зеркального стекла размером до 2 м.

В целом, города 18-го и 19-го столетия отапливались и освещались плохо. Это было конца 19-го столетие, когда при планировании городских кварталов стали учитывать необходимость улучшения систем теплозащиты и освещения. Это стало применяться, т.к. было установлено, что ультрафиолетовый свет убивает бактерии. Солнечный свет и свежий воздух стали основой выбора проекта зданий «новых городов» Великобритании, подобно Солнечному Порту возле Ливерпуля, построенного, чтобы улучшить условия жизни работников мыльной фабрики.

Планировщики тогда еще не знали, что ультрафиолетовый свет не проникает сквозь стекла окон, но традиция обеспечения доступа большого количества солнечного света продолжалась, подкрепленная поисками способа поддержания баланса гормонального фона человека в зимнее время. Без этого к середине зимы у людей развивается зимняя депрессия.

Пока в Великобритании было достаточно угля, к использованию солнечной энергии при строительстве зданий проявляли малый интерес. Поэтому строительство здания школы в Вэллеси (Wallasey, Чешир) в 1961 году с использованием более раннего опыта строительства в США и во Франции, было в целом новым:

Секция школы, схема:

Перевод надписей:

Рассеивающее стекло.
Стеклопакет из 2-х стекол, с промежутком 0,6 м.
Бетон 125 мм.
Направление на север.
Изоляция 125 мм.
Бетон 200 мм.
Кирпичная стена 200 мм, облицованная штукатуркой.
Покрытие 100 мм.

Прямое использование зданий как солнечных накопителей

Школа в Вэллеси построена в классическом стиле. В ней были заложены проектные решения будущего по пассивному использованию солнечного тепла (они имеют существенные особенности, требуемые для пассивного солнечного нагревания):
- большая площадь стены, выполненной фактически из стекла, для сбора тепла солнечного света;
- термосберегающие конструкции (плотный бетон или кирпич). Эти камни накапливают солнечное тепло днем и ночью;
- толстая изоляция конструкций фасада для сохранения тепла.

После ее строительства построенная ранее теплосеть на базе сжигания нефти оказалась не нужна и была на время отключена, а обогрев здания полностью осуществлялся за счет солнечной энергии, отраженного тепла от блестящих поверхностей и тепла тел студентов.

Вариант использования пассивного солнечного нагревания за счет суперизоляции

Хотя здание школы в Вэллеси представляет конструкцию зданий с низким потреблением энергии, есть и другие. Дом Wаtes, построенный в Mахynlleth в Уэльсе в 1975 был одним из первых суперизолированных зданий в Великобритании. В нем использовано 450 мм стеновой изоляции и маленькие застекленные бойницы-окна. Это был прогрессивный проект, т.к. обычные британские дома в это время были построены с рамами с одним стеклом и не имели никакой изоляции стен, а в новых Правилах строительства были только требования по установке 25 мм изоляции чердака.

Дом Wаtes расположен низко в горной долине, что, конечно, не очень хорошо для пассивного солнечного нагревания. Фактически, он обогревался и освещался электричеством от ветротурбины.


Который из двух проектов лучше - пассивный солнечный обогрев или применение суперизоляции? На этот вопрос нелегко ответить. Искусство разработки проекта для пассивного солнечного нагревания заключается в том, чтобы понять прохождение потоков энергии в здании и максимально их использовать. Там должно быть достаточно солнечного обогрева, чтобы обеспечить обогрев зимой. Потери тепла могут быть уменьшены за счет применения хорошей изоляции. Солнечная энергия также нужна, чтобы обеспечить необходимое освещение, но ее должно быть не так много, чтобы летом не было перегрева.

Обсудить в моем Живом журнале

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
Обогрев пространства жилого дома солнечным светом
Прямое использование солнечной энергии в доме. Зимний сад, нагрев бассейна, стена Тромбе
Активное солнечное нагревание. История вопроса и компоненты солнцесборников
Активное солнечное нагревание дома и воды для дома

Несколько характеристик атомной энергетики
Энергия и материя Вселенной