Солнечный дом в Сибири

уменьшение теплопотерь зданием;

использование энергии, выделяемой различными источниками домового тепла;

использование  пассивной   солнечной  энергии.

Об этом писал еще в 1980 г. Дж.Деллейр, рекомендуя канадский опыт строительства  суперизолированных домов с малым  потреблением энергии на  отопление . Например, канадская фирма "Concept Construction" построила 20 таких домов  в провинции Саскачеван, климатические условия которой характеризуются зимней расчетной температурой -34,5°С и 6,1 тыс. градусо-дней отопительного периода.

В домах "Concept Construction" предусмотрены  различные конструктивные меры по сокращению теплопотерь. Основными из них являются:

суперизоляция наружных стен и перекрытий (соответственно в 3 и 2 раза выше нормативной);

обеспечение паро- и воздухонепроницаемости ограждений полиэтиленовой пленкой;

применение теплообменников для  нагрева поступающего свежего воздуха теплом удаляемого воздуха;

 пассивное  использование   солнечной  энергии.

Пример планировки дома этой фирмы  показан на рис. 1. В северной стене  устраивается только одно окно для  освещения кухни. Минимальное количество окон также в западной и восточной стенах. Предусмотрен входной тамбур. Все это сокращает теплопотери. Южная стена полностью остеклена. При этом только треть остекленной поверхности используется для естественного освещения и инсоляции общей жилой комнаты. В остальной части стены за остеклением размещена железобетонная стеновая панель толщиной 25 см с окрашенной в черный цвет наружной поверхностью (стена Тромба, рис. 2). Зазор между этой панелью и внутренним стеклом, равный 5 см, образует своего рода высокую и тонкую теплицу. Солнечная радиация, проходя через остекление, поглощается черной поверхностью бетонной стены и нагревает ее.

Рис. 1. План жилого дома фирмы "Concept Construction": 1 - стена Тромба; 2 - двойное  остекление; 3 - жилая комната; 4 - входной  тамбур; 5 - лестница наверх; 6 - лестница вниз; 7 - столовая; 8 - кухня; 9 - спальня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Поперечное сечение южной  стены дома фирмы "Concept Construction": 1 - стена Тромба; 2 - холодный воздух; 3 - двойное остекление; 4 - теплоизолирующая штора; 5 - нагретый воздух.

 

 

 

 

 

 

 

В промежутке между стеклами (15 см) двойного остекления по всей длине  фасада автоматически опускаются на ночь теплоизоляционные алюминизированные  нейлоновые шторы. Они приводятся в  действие электродвигателем, управляемым  термочувствательвыми элементами. Это позволяет значительно сократить теплопотери здания в холодное время суток. Летом эти шторы могут использоваться для защиты помещений от перегрева. Для этого они опускаются в дневное время и поднимаются вечером. Важно разместить шторы именно между слоями остекления, что предохранит внутреннее стекло от переохлаждения и возможного оледенения.

Важным моментом является герметизация наружных ограждающих конструкций  полиэтиленовой пленкой. Помимо того, что она препятствует теплопотерям за счет инфильтрации воздуха, в качестве пароизоляции предохраняет теплоизоляционный слой от намокания конденсатом внутреннего воздуха. Для системы вентиляции использован воздушный теплообменник в подвальном помещении, который позволяет извлечь из отработанного воздуха 80% тепла. Циркуляция воздуха в помещениях дома естественная. Лишь для кухни и ванной комнаты применяют вентилятор в системе вентиляционных каналов.

Стоимость типового дома площадью 98 м² с малым потреблением энергии  увеличилась за счет:

повышения стоимости южной стены;

дополнительной теплоизоляции;

использования воздушного теплообменника.

Применение напольных электрообогревателей вместо обычных печей также дает экономию. В итоге продажная стоимость  дома (включая стоимость земельного участка) повышается на 3-5%.

В типовом 2-этажном доме фирмы "Enercon Building Corporation", имеющем жилую площадь 153,5 м2 и отапливаемый подвал 83,6 м2 для  сокращения расходов на отопление предусмотрено:

теплоизоляция стен в 3,2, а чердачного перекрытия в 2,6 раза выше норматива;

утепленные ставни для всех окон, закрываемые на ночь;

большая площадь остекления южной  стены;

полиэтиленовая воздухо- и пароизоляция;

воздушный теплообменник;

внутренние тамбуры у входных  дверей;

тройное остекление окон;

воздухораспределительная система со встроенным электронагревателем.

 

 

Рис. 3. В обычном жилом доме значительная часть потерь тепла связана с  прониканием холодного наружного  воздуха и выходом наружу теплого  внутреннего. На приведенной схеме  дома "Paska House" фирмы "Enercon Building Corporation" показаны меры, принятые по значительному снижению потерь. Прежде всего дом герметизируют воздухонепроницаемыми уплотнительными материалами. При этом возникающие в доме запахи и другие загрязнители воздуха становятся проблемой. Решить ее можно путем применения вентиляторов в сочетании с воздушным теплообменником, в котором выходящий теплый воздух нагревает холодный наружный отдавая ему свыше 70% своего тепла: 1 - свежий холодный наружный воздух (-18°С); 2 - отработанный теплый внутренний воздух (22°С); 3 - вентилятор; 4 - +15,6°С; 5 - +22°С; 6 - воздушный теплообменник (тепловой рекуператор); 7 - свежий, подогретый до +15,6°С, наружный воздух смешивается в вентиляционном канале с теплым воздухом, циркулирующим внутри дома; 8 - отработанный и охлажденный до -12°С внутренний воздух; 9 - установленный в вентиляционном канале электронагреватель используется по мере необходимости.

При нагреве  солнечными  лучами воздуха внутри помещения выше нормы  включается вентилятор, подающий теплый воздух в аккумулятор. Аккумулированное тепло используется ночью. Так как  пассивная   солнечная   система  не может нагреть равномерно все комнаты, предусмотрена воздухораспределительная система.

Лишь при наружных температурах ниже -10°С требуется периодическое  включение электрического обогревателя.

 

 

Рис. 4. Общий вид суперизолированного  дома "Paska House".

 

Принятые меры по снижению потерь энергии в суперизолированном доме "Paska House" приводят к удорожанию дома на 7...8% (без учета стоимости  земельного участка). К основным статьям дополнительных расходов относятся:

более эффективная теплоизоляция  стен (R-30), состоящих из стоек 5 х 15 см, плит из стекловолокна и наружной обшивки слоем пенополистирола - повышение стоимости дома на 3%;

воздушный теплообменник и система вентиляции для кухни и ванной комнаты - повышение на 2%;

более высокое качество окон (оконные  переплеты и уплотнения, обеспечивающие герметичность) - повышение на 1,5%;

полиэтиленовая изоляция - повышение  на 0,5%;

контроль качества - повышение на 1%.

Затраты дополнительных 7...8% экономически вполне целесообразны. Строительство  таких домов выгодно как домовладельцу, так и всему обществу.

Значительный интерес представляют четыре дома, построенные для индийской  общины в провинции Квебек по проектам архитектурной школы университета MсGill.

Проекты предусматривают использование  природных источников энергии (солнечной  и ветровой), местных строительных материалов, местной рабочей силы и отходов в виде пластмассовой  тары из-под напитков и других жидкостей. Два здания построены в колледже Маниту в 170 км к северу от Монреаля, один дом - в пос. Мистассини в 545 км к северу от Монреаля и еще один - около 320 км к востоку от пос. Матагами.

Отличаясь по архитектурно-планировочным  решениям, все здания оборудованы  системой  воздушного  отопления с использованием  солнечной энергии. Для снижения теплопотерь северные стены всех домов имеют меньшую высоту, а для теплоизоляции стен дополнительно использован мох, в изобилии растущий в этой местности.

В  системах   солнечного   отопления  применены различные конструктивные решения. Один из домов колледжа Маниту оборудован абсорбером-аккумулятором солнечного тепла в виде массивной теплоемкой стены Тромба из бетонных блоков, которая снаружи ограждена двумя слоями прозрачного стеклопластика и шторой, закрывающейся на ночь. Люки в перекрытиях регулируют подачу нагретого воздуха в помещения.

Во втором доме воздух из коллектора направляется сверху вниз вентилятором в гравийный аккумулятор, расположенный  в подвале (рис. 5). Для обогрева помещений в холодное время суток теплый воздух из аккумулятора следует по каналам, проходящим под полом, что способствует созданию более комфортных условий.

 

 

рис. 5. Поперечный разрез дома с  солнечным  воздушным  отоплением : 1 - коллектор; 2 - вентилятор, 3 - гравийный тепловой аккумулятор.

 

В других домах для аккумуляции  тепла используется освободившаяся тара от напитков и нефти, заполненная  водой. В Мистассини в состав дома включена еще и гелиотеплица, которая  также является источником тепла.

Уменьшение тепловых затрат на отопление  позволяет значительно сократить  общественные капиталовложения на строительство  теплоэлектростанций. Другими аргументами  в пользу сокращения расхода топливных  ресурсов являются:

возможность использования топлива  в качестве сырья химической промышленности;

уменьшение попадания в атмосферу  кислот при сжигании угля и двуокиси серы - при других процессах;

сокращение загрязнения атмосферы  углекислым газом, что может существенно  изменить климат планеты.

Солнечный дом в Бедфорде

Солнечный дом в Бедфорде (Нью-Хемпшир, США) с солнечным коллектором "Trombe Wall" и изоляцией "Beadwall" был  построен по проекту, разработанному научно-исследовательской  и проектной фирмой "Total Environment Action, Inc." с главной конторой в  г.Гаррисвилл (Нью-Хемпшир).

Рис. 1.  Солнечный  дом в Бедфорде (Нью-Хемпшир, США): а - поперечный разрез по южной стене: 1 - прозрачная стена  с шариками изоляции; б - режим  отопления  (работа коллектора в режиме накопления тепла); в - режим охлаждения (работа коллектора в режиме вентиляции); г - вид на южный фасад и план: 1 - гараж; 2 - кухня; 3 - столовая; 4 - ванная; 5 - спальня; 6 - жилая комната; 7 -  солнечный  водонагреватель, расположенный в центре стены; д - вид с восточной стороны; е - вид с западной стороны.

 

Бетонные стены дома обвалованы землей с западной, северной и восточной  сторон, а изоляция размещена между  бетоном и грунтом. Пол бетонный. Весь южный фасад - комбинация окон и солнечных коллекторов. Вспомогательные  источники энергии - две дровяных печи. Солнечные коллекторы представляют собой бетонные стены толщиной 300 мм, открытые для солнечных лучей в течение дня и защищенные от потерь тепла во внешнюю среду ночью изоляцией "Beadwall". Воздух циркулирует между бетоном и изоляцией. Солнечное тепло поступает также через окна и накапливается в бетонных стенах и полу. Для уменьшения потерь тепла ночью окна закрываются изолирующими ставнями. Вода для бытовых нужд предварительно подогревается, циркулируя по трубам в бетонной стене коллектора, прежде чем поступит в солнечный водонагреватель.

Солнечный дом Дугласа Балкомба

Примером жилища с объемно-планировочной  структурой, модернизированной с  целью повышения комфортности проживания как в летних, так и в зимних условиях с использованием солнечной  энергии, служит дом, спроектированный Дугласом Балкомбом (Санта-Фе, Нью-Мексико) и расположенный на высоте 2200 м над уровнем моря.

В объемно-планировочном решении  дома площадью 150 м2 применен принцип  обогрева жилых помещений с использованием 2-светной гелиотеплицы с площадью остекления 70 м2, объединяющей все жилые помещения дома и являющейся по сути атриумом. Для сокращения теплопотерь ночью и в холодные дни, а также для защиты от летнего перегрева витраж гелиотеплицы снабжен трансформирующимися жалюзи. Наружные стены помещений, ориентированные на другие стороны горизонта, выполнены с минимальным количеством светопроемов для уменьшения теплопотерь. Дом имеет плоский солнечный коллектор площадью 38 м2 с двухслойным остеклением. Аккумулирование теплоты осуществляется во внутренних стенах из камня (толщина стен 250 и 350 мм), бетонном полу теплицы и двух галечных аккумуляторах общим объемом 19 м³, размещенных под полом гостиной и столовой. Наружные стены хорошо теплоизолированы и имеют коэффициент теплопотерь 0,2 Вт/(м*°С). Теплопотребление составляет 10 кВт при разности температур внутреннего и наружного воздуха 40°С. Около 82% теплопотребления обеспечивается за счет солнечной энергии без ущерба для комфорта. Вспомогательными источниками теплоты являются два электронагревателя общей мощностью 3 кВт.

 

 

Рис. 1. Дом Балкомба:

 а - разрез;

 б - план первого этажа;

 в - план второго этажа;

1 - вентиляционное окно; 2 - кирпичная  кладка; 3 - балкон; 4 - гравийный аккумулятор; 5 - вентилятор; 6 - теплица; 7 - столовая (гравийный  аккумулятор под полом); 8 - кухня; 9 - гостиная (гравийный аккумулятор под полом); 10- ванные комнаты; 11- спальни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Солнечный дом Чемпионов

Этот дом площадью 284,7 м² был  построен в 1981 г. в Скалистых горах  шт. Колорадо (США) на высоте 2500 м по проекту арх. Денниса Холлоуэя. В плане он напоминает наконечник стрелы, ориентированной на север. С северной стороны он заглублен в крутой склон, что является естественной защитой от холодных северных ветров.

На главном уровне дома расположены:

большая общая комната с кухней;

прихожая;

спальня хозяев (в другом крыле  дома) с гардеробной и ванной комнатами.

На нижнем уровне дома находятся:

комната для гостей;

мастерская;

вспомогательные помещения.

 Система   солнечного   отопления  состоит из:

атриума с остеклением площадью 33,5 м2, служащего оранжереей;

2-х стен Тромба (18,6 м2), располагающихся  по обеим сторонам атриума; 

больших окон (18,5 м2), ориентированных  на юго-запад и юго-восток.

Солнечное тепло, помимо двух невентилируемых  стен Тромба, аккумулируется в бетонных плитах главного и нижнего уровней дома, которые также стабилизируют колебания температуры в доме. На случай облачной (в течение нескольких дней подряд) погоды предусмотрен дополнительный источник тепла - две дровяных печи.