Чи можна використовувати сонячну енергію для опалення будинку, не витративши при цьому величезної суми грошей на складні системи? Звичайно! Але за умови продуманої архітектури: сприятливого розташування будинку щодо сторін світу, надання йому відповідної форми, грамотного розміщення вікон, вдалого планування приміщень, а також використання «правильних» будматеріалів. Таким чином, лише незначно збільшивши вартість будівництва будинку (всього на 8-10% в порівнянні з традиційними рішеннями), не змінивши його зовнішній вигляд і не зменшивши комфорт проживання в ньому, створюють системи пасивного використання сонячної енергії для обігріву. Проведені дослідження доводять, що застосування даних систем у будинках, утеплених відповідно до нині діючих вимог, дозволяє знизити витрату традиційної енергії в період опалювального сезону на 20-30%, а в будинках з високою термоізоляцією - навіть на 50%. Досягти такої економії можна, якщо традиційні системи опалення оснащені керуючої автоматикою.
Розташування на ділянці
Дом. Основною умовою ефективного використання сонячної енергії є його відповідне розташування відносно сторін світу. Добре, якщо найдовша стіна буде розміщена на осі схід - захід і звернена на південь. Звичайно, не на кожній ділянці це можливо. Відхилення від осі на 15 ° помітно не впливає на кількість тепла, одержуваного через засклені ділянки фасаду будинку. В українських географічних широтах найбільше відхилення від осі схід - захід, при якому сонячне випромінювання є сприятливим, становить 20 ° у східному напрямку і 35 ° - у західному. Якщо вісь схід - захід проходить точно перпендикулярно по відношенню до вулиці, то для того щоб виходять на південь стіни бьши повністю відкриті сонцю, сусідні будинки повинні знаходитися на значній відстані від нього. Довжина тіні, яку відкидає будинок, що має висоту 5 м, в день, коли сонце знаходиться нижче за все по відношенню до горизонту, тобто 21 грудня, становить 19 м! Рослинність. Вибираючи ділянку і плануючи розташування на ньому дерев, кущів або яких-небудь будов, потрібно врахувати, що взимку вони не повинні відкидати тінь на прогрівається південний фасад будинку. Продумане розташування рослин на ділянці, особливо дерев, дозволить регулювати проникнення сонячних променів в будинок.
Зростаючі у відповідному місці листяні дерева влітку затримують до 90% сонячного світла, зате взимку, коли з них опаде листя, - тільки близько 50% променів. Завдяки правильному розташуванню на ділянці дерев і кущів можна Уменьщая силу впливу вітру на будинок, що буде сприяти зниженню в ньому тепловтрат. Взимку, при морозному вітрі, хвойні дерева - такі як ялина або туя, растушле з північної, північно-західній та північно-східної сторін будинку, значно зменшують втрати тепла. Допомагає в цьому і розташування дерев поблизу стіни будинку, завдяки чому поруч з нею виникає зона низької рухливості повітря.
Форма і розмір будинку
Щоб будинок був енергозберігаючим, його форма повинна бути простою, компактною, без особливих вигинів і виступів. Бажано, щоб південний фасад мав найбільшу площу, а північний - найменшу. Цього можна досягти, якщо будинок в плані являє собою трапецію і накритий односхилої дахом (з нахилом в північному напрямку). У разі коли будинок размешен на схилі пагорба, то з північного боку він повинен бути частково заглиблений в землю. Найменш вигідними - через високі питомих втрат тепла - є одноповерхові будинки. Найбільш раціонально зведення будови з житловою мансардою.
Скління фасаду
Отриманню сонячної енергії сприяють засклені ділянки фасаду. Але найбільша кількість сонячних променів може проникати всередину будинку тільки через вікна, правильно встановлені відносно сторін світу. Тепла, що потрапляє через вікна певного розміру (складові 30-40% від площі фасаду), може цілком вистачити для забезпечення комфортної температури в приміщеннях навіть у морозні дні, якщо світить сонце. Важливо розташувати вікна так, щоб всередину будинку проникало максимальну кількість сонячного світла. Тому найбільше вікон слід розташувати з південної та західної сторін. З північної - їх краще не робити взагалі.
Може здатися, що найвигіднішим рішенням є повне скління будинку з південної сторони, при якому в приміщення буде проникати найбільшу кількість сонячних променів. Але це не так. Влітку в такій будові приміщення можуть перегріватися, при цьому взимку втрати тепла, викликані його витоком через великі засклені ділянки, перевищуватимуть кількість тепла, яке дає сонячне випромінювання. Дуже велике значення має кут, під яким сонячні промені падають на певну поверхню: чим він більше, тим більше променів потрапить на підлогу. Взимку, коли промені під великим кутом падають на вертикальні або на горизонтальні поверхні. Важливо, щоб вони досягали не тільки підлоги, але і стіни, що поглинає більше тепла. Щоб отримувати більше сонячної енергії, вікна потрібно встановлювати якомога вище, але вони не повинні бути високими, тобто починатися відразу ж над підлогою. Може виявитися, що кількість тепла, що отримується через нижню частину вікна, буде меншим, ніж втрати тепла в холодний період через занадто великої площі самого скління. Установка вікон на високому рівні від поверхні підлоги виправдовує себе влітку - завдяки цьому менше нагріваються підлоги.
Акумулювання тепла
Обігрів приміщень теплом сонячного випромінювання має сенс тільки в тому випадку, якщо в них передбачені елементи, що акумулюють тепло. Інакше тепло буде відчуватися тільки в періоди, коли світить сонце. Будинок, в якому для опалення використовується сонячна енергія, відрізняється від інших тим, що він оснащений спеціальними «акумуляторами тепла». Ними є масивні внутрішні перегородки, в яких накопичується сонячне тепло, одержуване через вікна. Коли сонячні промені перестають обігрівати приміщення, їх роль беруть на себе такі «акумулятори». Найважливішою з них є та внутрішня стіна, яка знаходиться навпроти вікна. Тому вона повинна бути досить масивної і мати толпщну 20-45 см. Може виявитися так, що саме ця стіна виявиться несучої. Тоді не потрібно буде витрачати додаткові кошти, щоб збільшити її товщину. Здатність до поглинання сонячного тепла зростає, якщо стіни окращени в темний колір (на 75% - порівняно з білою стіною). Решта поверхні в приміщенні повинні бути якомога світліше, щоб відображати і розсіювати світло. Елементом, який ідеально підходить для акумулювання тепла, є корпус каміна, що знаходиться навпроти вікна. Потрібно тільки зробити його з масивних матеріалів - цілісних цегли або бетонних блоків.
Виконати корпус для камінних вкладишпей з гіпсокартонних листів значно простіше і дешевше, але в такому випадку втрачається можливість акумулювання тепла, яку забезпечує стіна товщиною в кілька десятків сантиметрів. Якщо необхідно максимально ефективно використовувати сонячне тепло для обігріву приміщень, потрібно Уменьщая глибину того приміщення, яке буде виконувати функцію «сонячного колектора». Щоб на масивну стіну, акумулюючі тепло, потрапляло максимальну кількість сонячних променів, вона повинна знаходитися якомога ближче до південного вікна. Бажано, щоб це відстань не перевищувала висоту вікна більш ніж в 2,5 рази. Якщо воно виявиться більшим, потрібно забезпечити додатковий доступ сонячного світла в приміщення за допомогою мансардних вікон. Стіна, яка акумулює тепло, не повинна бути затінена зеленими рослинами і заставлена меблями, так як це зменшить ефективність системи. Проведені дослідження показали, що така проста система безпосереднього отримання тепла в наших умовах є ефективною.
Засклена веранда
Цікавим є рішення, що сполучає в собі безпосередній і непрямий способи обігріву приміщень сонячними променями. Воно полягає в прибудові з південного боку будинку повністю заскленої кімнати, яка може виконувати різні функції: нежитлового, прохідного приміщення або веранди, з'єднаної з денною зоною. Але її не можна сприймати як житловий простір, оскільки, враховуючи високий ступінь скління, влітку тут буде нестерпно жарко, а взимку - холодно. Стіна, що відокремлює веранду від решти будинку, повинна володіти такими ж високими теплоізоляційними властивостями, як і звичайна зовнішня стіна. Лучще всього зробити її монолітною, хоча в ній можуть бути віконні та дверні отвори або ж вона може бути повністю засклена. Інший варіант - відмовитися від розділяє стіни, але тоді це вже буде не прибудова, а лише величезне вікно в приміщенні. У нашому кліматі це означає збільшення витрат на опалення, отже, використовувати подібне рішення не рекомендується. Крім того, якщо між такою прибудовою і рештою будинком немає монолітної стіни, влітку виникне проблема перегріву приміщень. Запобігти цьому можна, встановивши ролети або маркізи, затінюючі прибудову, повісивши товсті штори, що закривають засклені ділянки між прибудовою і внутрішньою частиною будинку, або встановивши кондиціонери.
Засклена веранда виконує функцію «сонячного колектора», якщо для її скління використані скла з низькоемісійним напиленням, які пропускають сонячне світло всередину приміщення і не випускають тепло назовні. Причиною збільшення внутрішньої температури в прибудові в період її освітлення сонцем є оранжерейний (тепличний) ефект. Така теплиця стане елементом, який буде одночасно поглинати і акумулювати тепло. Це вигідно взимку, так як нагріте тут повітря проникає в прилеглі приміщення через дверні отвори, вікна або вентиляційні отвори в розділяє їх стіні. Відкриваючи або прикриваючи їх, легко регулювати кількість переданого тепла. Протока повітря можна підтримувати за допомогою вентилятора. Прибудова служить не тільки для поглинання тепла сонячного випромінювання. Вона є буфером між зовнішнім середовищем і внутрішніми приміщеннями будинку, завдяки чому в них зменшуються втрати тепла.
Не слід сильно заглиблювати в землю приміщення прибудови. Скління зовнішніх стін можна виконувати з однокамерного склопакета, а також використовувати автоматичні ролети та жалюзі, що дозволяють радикально знизити втрати тепла через скло вночі. Щоб отримане тепло можна бьшо використовувати для обігріву приміщень після заходу сонця, рекомендується засипати підлогу прибудови шаром гравію або укласти на ньому кам'яні плити. Добрими «акумуляторами тепла» можуть бути встановлені в теплиці герметичні ємності з водою, незамерзающим розчином або мінеральним маслом. Скляна прибудова - це дуже продуктивний «колектор», висока ефективність якого особливо відчутна в холодному кліматі.
Розташування приміщень
Важливе значення для правильного функціонування енергозберігаючого будинку має організація її внутрішнього простору. При спорудженні будівель, пасивно використовують сонячну енергію, слід звертати увагу не тільки на традиційну практичність, але і на те, щоб розташування приміщень було спроектовано з дотриманням таких принципів;
• зонування - в будинку потрібно виділити зони, в яких буде підтримуватися різна температура;
• групування - приміщення, що відносяться до однієї зони, повинні прилягати одне до одного (перебувати поруч або одне над іншим);
• орієнтації - розташування приміщень відносно сторін світу має бути таким, щоб сонячні промені могли якомога больще проникати в них і підтримувати в них тепловий комфорт;
• створення буферної зони - з північної і найбільш вітряної сторони будинку повинна знаходитися буферна зона, що складається ЖЗ приміщень, що не вимагають опалення, таких як: гараж, комори, підсобні приміщення або приміщення, в яких температура може бути нижчою +16 ° С. У буферній зоні можуть знаходитися кухня і пральня - приміщення, де йдуть процеси, пов'язані з підвищеною температурою. З південного боку будинку буферну зону створює засклена веранда.
Рівномірному розподілу тепла сприяє наявність великих відкритих просторів. Традиційний поділ на приміщення призводить до встановлення в них різних температур, у зв'язку з чим виникає ризик надмірного зростання температури у відкритій сонцю південній частині будинку при одночасній необхідності додаткового обігріву його північного крила. Сприятливим з точки зору теплового комфорту може бути використання вентиляторів, які викликають примусовий протока повітря між цими частинами будинку. Але, якщо врахувати шум, супроводжуючий їх роботу, і витрата електроенергії, стає зрозуміло, що дане рішення не є вдалим.
Прості системи, але все-таки незвичайні
Напевно, у багатьох читачів виникають сумніви: якби це рішення дійсно було рентабельним і виправдовувало себе, то користувалося б великою популярністю, а про системи пасивного сонячного опалення у нас не так багато інформації. Але останнім часом в Україні ця тема стає все більш популярною, поряд з використанням сонячних колекторів, теплових насосів та інших сучасних екологічних систем опалення, які дозволяють економити природні ресурси і зменшити негативний вплив на навколишнє середовище. Можливість застосування сонячної енергії для опалення будинків шляхом їх правильного проектування має велике майбутнє. Популяризацією пасивного опалення будинків, енергозбереженням і просуванням екологічно чистих технологій починають займатися установи, діючі в інтересах захисту навколишнього середовища. Наша країна поступово підключається до поширеного в розвинутих країнах напрямку з використання поновлюваних і альтернативних джерел енергії - на півдні країни вже діють запущені цього року вітрові та сонячні станції, що забезпечують електроенергією найближчі населені пункти.
У Європі такі рішення не тільки популярні, але й мають підтримку на законодавчому рівні. Підтвердженням того, що використання таких рішень має сенс, є будівництво од-носемейних будинків на Заході. Досить заглянути в доступні в книжкових магазинах європейські каталоги готових проектів, щоб переконатися - більшість представлених в них будинків мають архітектурні рішення, спрямовані на використання сонячної енергії. При цьому будови - красиві і функціональні. Нам нічого не заважає почати зводити такі ж будинки і приєднатися до всесвітньої тенденції використання сонячної енергії.