Стена тромба

Оглавление

Воздух, нагретый солнцем, иногда используют для обогрева жилья в условиях холодного климата. В жарких странах толстые стены глинобитных домов могут смягчить перепады температур в помещении… Но в более холодных странах остекление южной стороны дома может замедлить потерю тепла. Гараж (на рисунке слева) может послужить примером остеклённой стены, используемой для улавливания тепла. В 1964 году Феликс Тромб, французский изобретатель, способствовал популяризации этого метода солнечного отопления.

Стена Тромба позже была модифицирована; сверху и снизу массивной стены для хранения тепла были проделаны отверстия. Это позволило горячим потокам циркулировать по помещению и увеличить теплоотдачу в течение дня. Термальная масса внутренних стен, равно как и мебель, увеличивали запас тепла.

Эта простая система пассивного солнечного отопления, использует избыточное тепло, которое не накапливается в поглощающей стене, для обогрева жилого помещения и всех находящихся там предметов. Как Вы считаете, можно ли улучшить уже и без того улучшенную стену Тромба?

Видите ли Вы разницу между этой системой обогрева и улучшенной стеной Тромба?

Да, этот горячий коллектор воздуха, является активным, а не пассивным, так как для подачи горячего воздуха из полости за остеклённой поверхностью используется вентиляционное отверстие.

Очень хорошо! Но есть еще одно отличие, и оно ещё более важно.

Вы говорите об изоляции, которая используется вместо массивных термальных стен?

И снова очень хорошо. Изоляция области попадания солнечного света от области накопления тепла — важный метод сохранения энергии и предотвращения потери тепла. Об этом мы поговорим позже, а сейчас давайте рассмотрим некоторые виды коллекторов горячего воздуха.

Я называю это коллектор нагревания воздуха солнечной энергией, потому что воздух нагнетается через черную металлическую пластину с помощью сети перегородок. Без перегородок нагнетаемый воздух будет следовать по пути наименьшего сопротивления, и собирать мало тепла … Но с перегородками он будет циркулировать по всей поверхности коллектора. Всё отлично работает и Скотта Д. следует поздравить за проведённое исследование.

Больше всего я обеспокоен тем, что нагретый воздух имеет обыкновение подниматься вверх. Другими словами, потребуется дополнительная сила вентилятора, способная преодолеть природные конвекционные потоки, который появятся внутри коллектора. Но в таком способе получения тепла могут быть свои преимущества.

Альтернативой этому виду коллектора является система горизонтального потока воздуха.

Благодаря тому что воздух дует горизонтально, нам больше не понадобится дополнительная сила от вентилятора, чтобы протолкнуть нагретый воздух вниз.

Я, конечно, не могу проверить эти предположения и дать им сравнительную оценку, поэтому я могу ошибаться (хотя могу и оказаться правым). Лучшее решение проблемы не всегда может быть самым практичным, но все-таки полезно знать компромиссы в стоимости, эффективности и эстетической привлекательности.

А что бы произошло, если бы мы увеличили текущий эффект конвекции, используя вертикальные колонны?

Обратите внимание, что на рисунке слева система нагрева воздуха солнечной энергией не имеет перегородок для направления воздуха. Это вертикальная проекция нашего первого коллектора для нагрева воздуха солнечной энергией. Как вы думаете, поднимающийся горячий воздух в этом коллекторе может быть использован для создания простой пассивной солнечной системы отопления?

К сожалению, эффективность теплообмена такой пассивной системы как эта, не очень высока… Однако с небольшим вентилятором в нижней части каждой секции солнечный коэффициент тепла может быть значительно увеличен. Возникает вопрос: будут ли шесть маленьких вентиляторов в такой системе как эта, также производительны как один большой?

Я не знаю. Если вы проведёте несколько тестов, пожалуйста, дайте мне знать, каков результат. Не бывает правильных или неправильных решений. Есть только альтернативные пути.

Давайте кратко рассмотрим простой коллектор горячего воздуха, который использует стекловолоконный экран, как поглощающую поверхность. Обратите внимание, что экран располагается по диагонали с верхней части сразу под вентилятором. Экран располагается ниже вентилятора, чтобы обеспечить беспрепятственный проход потоку воздуха от стеклянной поверхности, где, я думаю, тепло будет потеряно. Размещение экрана в этом положении также гарантирует, что весь бытовой воздух будет проходить через экран до того как его перегонят в дом.

Недостаток этой системы в том, что для каждой такой установки потребуется свой собственный вентилятор. Хорошая новость заключается в том, что сам вентилятор настолько маленький, что стоимость 10 таких вентиляторов меньше, чем стоимость одного большого. Теперь давайте рассмотрим этот тип коллектора горячего воздуха с небольшим хранением тепла.

Камера для хранения тепла может быть построена из кирпичей или бутылок с водой; также подойдёт любой другой материал, способные хранить тепло.

Для такой системы потребуется 2 вентилятора. Один вентилятор будет использоваться для циркуляции нагретого воздуха по термальной массе, а другой — для извлечения тепла из термальной массы и прогона его в дом, по мере необходимости.

Хотя эта система и даёт хозяину дома возможность контролировать перепад температуры, она не стоит дополнительных затрат, не говоря уже о трудностях, связанных с передачей тепла в твердых или жидких материалах внутри камеры для хранения тепла.

Альтернативой изолированным блокам составляют стены из цементных блоков. Горячий воздух из коллектора прокачивается через пустоты внутри цементных блоков. Приятной особенностью такой стены является то, что блоки не надо скреплять друг друга раствором. Некоторые блоки можно просто прикрепить к внутренней стене.

Тепло, хранящееся внутри блока в течение дня, может постепенно высвобождаться в ночное время. Главным недостатком этой системы является то, что для неё нужна стена.

Запомните, эту систему надо устанавливать ​​на южной стороне дома. Хозяину также придется использовать окна, выходящие на юг, чтобы она эффективно работала.

Если стены и мебель из дома используются для хранения тепла, то пространство для поглощения солнечного света может быть использовано вместо коллектора горячего воздуха. Пока это пространство изолировано от остальной части дома, оно будет накапливать тепло.

Для перегона нагретого воздуха из пространства для поглощения солнечного света в дом может потребоваться вентилятор. Плюсом в использовании такой системы является то, что помимо всего прочего, это помещение можно использовать для хранения других вещей.

Но хозяин должен помнить, что температура в пространстве для поглощения солнечного света может превышать 120 градусов по Фаренгейту в течение дня и опускаться до 20 градусов ночью.

Солнечную энергию таким способом можно собирать и на чердаке, используя естественную тенденцию горячего воздуха подниматься, а холодного опускаться.

Для такой системы обычно используют 3 и более тонн воды. Как только на чердаке накопится достаточное количество тепла, оно прогоняется в дом при помощи вентилятора.

Теперь рассмотрим наш последний вид альтернативной системы солнечного отопления.

Солнечные теплицы — это особый вид парника, используемый для обогрева дома, а также прекрасное решение для проращивания семян. Эффект дымохода в теплице концентрирует тепло возле потолка. Если тепла достаточно, верхний клапан открывается и пускает горячий воздух в дом, а нижний клапан пускает холодный воздух в теплицу. Ночью, когда нет солнечного света, оба клапана закрывают, так как будет происходить обратный процесс.

Солнечные теплицы могут быть активным или пассивным, но в большинстве случаев они предназначены для передачи тепла в дом. Накопленное в парниках тепло быстро теряется из-за остеклённой поверхности. Солнечный свет можно использовать по-разному. Если вы будете сомневаться, просто… следуйте за солнцем.

Если в парнике термической массы много, то растения будут быстрее расти; но помните, чем больше тепла хранятся в теплице, тем меньше тепла будет в доме.

По этой причине владелец дома с солнечной теплицей должен позаботиться о системе вентиляции либо в пользу растений, либо в пользу людей живущих в доме.

Я построил эту солнечную теплицу для друга, который жил на Стип Хилл в Саранаке, Нью-Йорк. В холодные зимы температура там падала ниже -30 по Фаренгейту и камин был единственным источником тепла.

Источник: vedomo.ru

Вертикальные перегородки

Одним из способов усовершенствования устройства является оборудование южной стены рядом вертикальных ребер, перпендикулярных поверхности стены, окрашенных в чёрные цвет с восточной стороны и имеющих зеркальное отражающее покрытие с западной стороны. Эта схема была предложена Environmental Research Laboratory of the Unuversity of Arizona.

Утром большая часть солнечного излучения нагревает чёрную поверхность перегородок, согревая их. Нагретый воздух поднимаясь попадает через отверстия в стене в помещение и нагревает его задолго до нагрева самой стены.

В полдень и вторую половину дня большая часть солнечного излучения попадает на чёрную поверхность стены Тромба непосредственно или после отражения от зеркальных западных поверхностей перегородок, нагревая стену.

Недостатки схемы:

• усложнение конструкции и увеличение её стоимости;
• устройство перегородок требует увеличения расстояния между стеной и остеклением;
• значительная сложность устройства теплоизоляции между стеной и остеклением.

Чёрный пластиковый лист

Следующим способом усовершенствования стены Тромба является установка между стеной и остеклением подвижного чёрного пластикового листа, покрывающего всю стену.

В первой половине дня лист устанавливается на расстоянии 50 мм от стены. Поглощая солнечное излучение он нагревается и отдаёт свое тепло окружающему воздуху. Нагретый воздух поднимаясь проникает через отверстия в стене в помещения и нагревает их.

Во второй половине дня лист плотно прижимается к стене таким образом, что большая часть солнечного тепла течёт непосредственно в стену.

Недостатки схемы:

• сложность в манипуляции тонким подвижным листом большой площади;
• сложность в обеспечении при необходимости плотного контакта между листом и поверхностью стены;
• достаточно высокая стоимость конструкции.

Источник: “Low-Cost Solar Heating — 100 Daring Schemes Tried and Untried” by Dr. William Shurcliff

Источник: www.mensh.ru

Архитектурные приемы

Благодаря выверенным планировочным решениям обеспечивается:

• Снижение площади ограждающих конструкций. Это сокращает потери тепла, происходящие даже через хорошо утепленные стены.
• Аккумулирование материалами дома тепла от зимних солнечных лучей, проникающих через максимально ориентированные к солнцу окна.
• Ограждение дома от перегрева благодаря снижению количества лучей, проникающих от летнего солнца.
• Устройство в доме теплых и холодных зон. Это позволяет избежать излишнего обогрева в тех помещениях, где от не требуется.

Такие архитектурные решения могут быть использованы при проектировании. При этом они эффективны, но не повышают себестоимость строительства и доступны всем желающим.

Компактность дома

Индивидуальный пассивный дом характеризуется коэффициентом компактности, не превышающим 0,6. Он представляет собой отношение площади всех ограждающих конструкций к суммарному внутреннему объему дома. Этот коэффициент будет тем ниже, чем меньше периметр, меньше в плане дома эркеров, ниш, западаний и выступов, чем ближе форма к квадрату. То же самое касается кровли. Лучше плоскую и простую форму предпочесть сложной. К тому же большой внутренний объем снижает коэффициент компактности в сравнении с относительно небольшим домом. Это объясняет выгоду строительства пассивного дома, подходящего для проживания двух семей. 

                     

Световая ориентированность

Южную сторону (отклонение допустимо в пределах 30°) преимущественно планируют под жилую часть дома, в которой необходимы свет и тепло. Окна в таких помещениях обычно большие. Их площадь – до 70% от общей площади остекления дома. Но от площади южных фасадов они должны составлять не более 40%. В холодный период эти помещения будут дополнительно прогреваться лучами низкого зимнего солнца. Затенение южного фасада зимой недопустимо. Но это поможет избежать перегрева летом. Так над южными окнами устраивают козырьки, балконы или большие кровельные свесы. 

Окна на западе и востоке не должны превышать 30% от общедомового остекления. Если их площадь будет велика, в помещениях будет слишком жарко летом и недостаточно тепло зимой. С северной стороны обычно окна отсутствуют. По этой стене располагают бытовые помещения, не нуждающиеся в обогреве. 

                      

Буферные зоны

Так называют неотапливаемый пристрой к дому, который обогревается от стен здания и предотвращает теплопотери. Северную стену можно защитить от остывания, расположив по ней гараж, холодную кладовую или тамбур. С южной – монтируют зимний сад так, чтобы он аккумулировал зимнюю солнечную энергию массивной фронтальной стеной и полом. Летом такое помещение затеняется. Площадь этих помещений может составлять около 20% от общей и при этом вовсе не отапливаться. 

      

Устройство стены Тромба

Эта стена выполнена для поглощения дневной солнечной энергии со стороны южного фасада дома и её распространения в ночное время. В классическом понимании стена Тромба выполняется массивной. Толщина стен в каркасном доме, выполненных по этой технологии, составляет 20-40 см. Перед ней на расстоянии от 15 см и более монтируется многокамерный стеклопакет, желательно с энегосберегающим стеклом. Благодаря воздушной прослойке, нагрев стены усиливается, а стекло препятствует отдаче тепла наружу. Стена эффективно аккумулирует тело. При падении температуры внутри помещения, стена начинает медленно отдавать тепло. По сути стена Тромба является круглогодичным эффективным прибором для обогрева. Если воздушная прослойка имеет толщину 40 см, то стена прогреется за 6-8 часов, а тепло будет отдавать всю ночь. Присутствие такой конструкции в пассивном доме не обязательно, но очень предпочтительно.

Энергосберегающий участок

Не все земельные наделы подходят для возведения пассивного жилья. Подойдут наделы, на которых отсутствует затенение южной стороны постройками, на которых можно ориентировать на юг жилые комнаты. Участки, расположенные по северным склонам или вершине холма, не подойдут. В первом случае южное солнце будет обогревать не в полной мере, во втором – ветер увеличит теплоотдачу кровли и стен.

На юге лучше вовсе обойтись без деревьев или ограничится их лиственными видами. На востоке и западе можно высаживать деревья любых пород. С севера же стоит предпочесть хвойные ветрозащитные породы и хозяйственные постройки.

Грамотное архитектурное планирование способно на 30-50% сократить теплопотребление. Добиться более впечатляющих результатов помогут профильные строительные методики.

Качественное строительство

При возведении пассивных домов решается задача обеспечения эффективной герметизации и утепления. 

Тепловая изоляция

В пассивном доме тепловая изоляция ограждающих конструкций должна превышать нормативную для нашей страны в два-три раза. Так при строительстве в наиболее холодной зоне нормативное сопротивление теплопередаче для наружных стен требуется в 2,8 м2*К/Вт, тогда как для пассивного дома этот показатель составит 6,6 м2*К/Вт. С практической точки зрения слой утеплителя толщиной в 10 см требуется заменить тремя такими же слоями общей толщиной 30 см если вы строите дом из классических каменных материалов.

Герметизируем все

Тотальное стремление к герметизации позволяет исключить теплопотери через швы и щели. Но при этом нужно позаботиться об отсутствии конденсации внутри конструкции капель влаги, приводящих к их разрушению и потере теплосберегающих свойств. Герметичной и теплоизоляционной оболочкой обволакивается весь отапливаемый объем дома в том числе кровля, пол и стены. Должны быть полностью исключены все мостики холода, щели, расслоения утеплителя. Особое внимание уделяется утеплению выступающих в плане элементов, к примеру, эркера. 

Теплые окна

Требования высоки не только к самим светопрозрачным конструкциям, но и к качеству монтажа. Сопротивление теплопередаче окон для пассивного дома не должно быть больше 1,5 м2*К/Вт, то есть окно должно иметь коэффициент теплопередачи не более 0,75 Вт/м2. Нормативное сопротивление в Украине имеет значение не более 0,6 м2*К/Вт. Для исключения образования мостиков холода по периметру окна, его монтируют в одной плоскости со слоем утеплителя, а не с конструктивом стены. 

Энергоэффективные конструкции и материалы

Стены

Материалы для конструктива дома могут быть любыми. Это и легкий бетон, газобетон, керамические блоки, кирпич, каркасные панели или дерево. Но задавшись целью аккумуляции тепловой энергии и её последующего применения, следует предпочесть массивные конструкции. Такие мероприятия, как массивный пол, устройство в южных комнатах кирпичных стен, а также стена Тромба, позволят сделать более эффективным и каркасные коттеджи. 

Самые известные пассивные дома, а также дома нулевого и положительного энергопотребления построены именно по каркасной технологии! Одному из таких домов мы посвятили отдельную статью.

Кровля

Кровля предпочтительная простой формы или плоская — в этом случае теплопотери будут ниже.

Фундамент

Наиболее энергоэффективным типом фундамента является сплошная плита. Именно она станет основанием для массива пола, который будет аккумулировать энергию. Утеплять такой фундамент следует наружным способом, при котором утеплитель укладывают по всей площади между грунтом и плитой. Этот слой доводят до утеплителя цоколя, тем самым превращая тепловую изоляцию в непрерывную оболочку. Если же в доме предусмотрен фундамент ленточного типа, то потребуются более сложные и дорогие технологии по созданию непрерывной теплоизоляции. 

Если отделку пола первого этажа выполнить с помощью керамогранитных плит, то он будет аккумулировать тепло.

Что касается дерева, используемого в строительстве, то оно должно быть хорошо высушенным. Это позволит избежать возникновения щелей в процессе эксплуатации. Такие щели нарушают замкнутость контура изоляции. 

Качественная изоляция

В технологии теплоизоляционных, монтажных и герметизирующих работ часто применяются всевозможные пленки, накладки, пробки, вкладыши и изоленты. При этом важно иметь добросовестных и квалифицированных рабочих даже для выполнения простых операций. Так тепло- и пароизоляция в каркасном доме – это не только увеличение толщины изолирующего слоя, но и тщательное отношение ко всем мелким деталям и щелям. Если их не закрыть, энергоэффективность снизится за счет увеличения теплопотерь. Если же строительство ведется на высоком качественном уровне с использованием грамотных архитектурных решений и энергоэффективной вентиляции, количество потребляемой домом энергии может снизится на 80-90%.

---

Мы используем в проектировании, производстве и монтаже наших каркасных домов основополагающие правила энергоэффективного строительства, разработанные Институтом Пассивного Дома, с 2017. Об это свидетельствует сертификат, размещенный ниже, выданный директору компании Профикаркас Кудиненко Николаю. 

Благодаря такому подходу, наши каркасные дома более теплые и долговечные, даже если они не являются пассивными.

И все-таки это еще не все! Современные инженерные разработки помогают сохранить тепло или использовать его с минимальными финансовыми тратами. О них пойдет рассказ в нашей последней статье цикла: переходить по ссылке, чтобы познакомиться ближе.

Источник: profikarkas.com.ua

Что такое устойчивый дизайн?

Устойчивое проектирование («устойчивый дизайн») в строительстве зданий – это использование методик, которые, в конечном итоге, приведут к постройке здания, которое на протяжении всего своего жизненного цикла окажется производителем «чистой энергии», продуктов питания, чистой воды и воздуха и будет способствовать здоровому образу жизни обитателей.

Хотя это сейчас не всегда возможно реализовать с обычным заказчиком, многие домовладельцы уже сейчас заинтересованы в постройке зданий, которые потребляли бы меньше энергии, предлагали бы более здоровую среду обитания, не увеличивая затраты на строительство. Это общая концепция устойчивого дизайна – здание, которое потребует меньше ресурсов в течение своего жизненного цикла, чем обычное, и более того – само способно произвести энергию, добыть и очистить воду, безопасно переработать и отвести стоки и выхлопы, то есть минимальным образом негативно повлиять на окружающую среду и обеспечить (заработать) средства для своего содержания, окупить постройку, эксплуатацию и ликвидацию.

Процесс создания здания с устойчивым дизайном очень непривычен и сложен, если использовать традиционные подходы и стандартные процессы для проектно-конструкторских групп, девелоперов и подрядчиков строительного проекта. Каждой группе обычно ставятся достижимые технико-экономические показатели и краткосрочные экономические цели, в т. ч. стоимость реализации. Их сочетание снижает способность членов команды из разных групп работать вместе, чтобы оптимизировать проект, поскольку каждая группа вносит решения, которые влияют на другие. Эффективное отдельное решение может оказаться неоптимальным для системы в целом.

Само здание – это целая комплексная система, и ее дизайн должен учитывать это. Например, наружные светопрозрачные конструкции и остекление влияют на визуальные аспекты здания, архитектурное решение, применимость элементов управления на уровне освещения, усиление/потерю тепла, озеленение, назначение помещений, маршрутизацию, оснащенность сантехникой и расположение мебели/помещения. Эти же элементы влияют на следующий уровень дизайна, который разрабатывают другие специалисты, и т. д. Последовательно выработанное итоговое решение (проект и стоимость его реализации) может оказаться не оптимальным для данной локации и не учитывать множество присутствующих местных факторов, хотя и иметь приемлемую для заказчика стоимость. Что касается экономики, то элементы устойчивого дизайна могут быть интегрированы в проект в рамках проекта с обычным бюджетом, но гораздо большее влияние на устойчивость может быть достигнуто с помощью долгосрочного подхода к оценке стоимости владения и эксплуатационных расходов, а также при подходе к составлению бюджета путем всестороннего рассмотрения проекта, а не его систем по отдельности. Это требует согласованности методик и широких знаний от всех участников процесса проектирования в отраслях. Например, инженеры-вентиляционщики должны хорошо знать решения по отоплению, возобновляемым источникам энергии, водоснабжению, строительной физике и применяемым материалам для оболочки здания и даже архитектурные приемы, и должны быть способны определять возможные устойчивые стратегии и приоритетные направления не хуже специалистов по другим инженерным системам и технологиям строительства.

Устойчивый климат-контроль

Устойчивое проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) имеет отношение и к внутренним условиям, и к общей энергоэффективности. Факторы внутренней среды тесно связаны с гигиеническими требованиями и с локальной оценкой внешней окружающей среды вместе с контролем индивидуальной среды обитания и мониторингом инженерной системы HVAC.

Хороший дизайн не означает «запас» на все случаи жизни и возможные погодные ситуации. Большинство механических/электрических устройств и систем работают лучше вблизи максимальной мощности. Фактор эффективности (КПД) следует учитывать еще на стадии проектирования. Компьютеризированные инструменты проектирования, создавая более точную динамическую тепловую модель здания, могут помочь в выборе надлежащего типоразмера оборудования. Например, при выборе такого оборудования, как чиллеры, лучше учесть производительность и эффективность интегрированной частичной нагрузки чиллера, которая смоделирована на основе профилей нагрузки именно для данного места, вместо использования рекомендаций по типичной эффективности при частичной загрузке.

Поиск наилучшей возможной системы HVAC следует производить при помощи компьютерных средств проектирования для схемного анализа, сопоставляющего производительность элементов HVAC вместе с расходами и результатом воздействия на окружающую среду. Многофакторный схемный анализ способен вырабатывать оптимальные решения еще на стадии разработки общего схемного решения и эскизного проектирования.

К современному зданию предъявляется множество требований, которые ранее игнорировались или не были среди приоритетных показателей. Свежий воздух, охлаждение и отопление играют важную роль в проектировании и управлении зданием. Системы HVAC разрабатываются с учетом требований комфорта, стоимости, эффективности и эстетической привлекательности. Устойчивость системы добавляет сложности в проектировании системы ОВК. Потребление энергии зданием должно быть снижено без ущерба для комфортности обитания, обеспечиваемой зданием, при этом устойчиво выделяя из окружающей среды достаточно возобновляемой энергии для функционирования инженерных систем в течение всего жизненного цикла здания.

Основным аспектом назначения энергетических целей должна стать система HVAC.

Наиболее эффективный способ снижения энергопотребления – повышение энергоэффективности. Например, потребности в охлаждении здания растут день ото дня, и такой сценарий из-за климатологических изменений нужно учесть еще при предварительном проектировании и экономическом анализе. И тогда, за счет обоснованного применения принципов естественной вентиляции для подачи воздуха, экономика всего здания может быть существенно улучшена.

Особенности проектирования систем HVAC

Вытесняющая вентиляция использует принцип подъема воздуха вверх после нагревания домашним оборудованием и людьми. Поднимающийся воздух затем удаляется наружу через выпускные патрубки, расположенные на некоторой высоте. Этот процесс имеет низкое энергопотребление и обеспечивает эффективную циркуляцию воздуха, что перспективно с точки зрения устойчивого дизайна, но для этого необходима подача извне предварительно кондиционированного воздуха.

Тепловые насосы: геотермальное тепло использует теплоту земли или водоема, чтобы улучшить работу обычного механизма теплового насоса, сужая диапазон температуры контура. Структура этого поля, выбор источника воды и общая стоимость очень сильно зависят от локальных характеристик участка. Для воздушных тепловых насосов все чаще используется воздух, предварительно подготовленный в пассивных устройствах.

Фотоэлектрические системы сегодня становятся наиболее экономичными решениями получения возобновляемой энергии. Начальную стоимость генерации можно снизить за счет продажи излишков энергии в общую сеть, особенно при подключении по «зеленому тарифу».

Солнечные тепловые коллекторные системы могут быть полезными для подготовки горячей воды как в промышленных, так и в домашних условиях. Жидкостные сушители и абсорбентные чиллеры могут использоваться для поглощения скрытой теплоты для подачи воздуха в здание.

Интегрированные в здание PV-системы (BIPV) из специальных кровельных и стеновых материалов могут быть в целом более выгодным решением, поскольку используются вместо обычных способов создания оболочки здания, что, в свою очередь, снижает общую стоимость проекта.

Устойчивым методом нагрева и охлаждения также является использование на больших поверхностях оболочки здания (стены и крыши) температуры теплообменников на водных солевых растворах с низкой температурой нагрева и с высокой температурой охлаждения. Понадобится меньше энергии для отопления и кондиционирования внутри дома, когда средняя температура, поддерживаемая рассолом (18-28°C), близка к комфортной температуре окружающего воздуха. Эти системы интегрированы в структуру здания, здания сохраняют гладкий фасад и гибкую внутренней архитектуру.

Большие поверхности оболочки здания могут использоваться в качестве отражателей и позволяют охлаждать и нагревать при температурах, близких к окружающей среде. Возобновляемые источники энергии можно легко комбинировать и использовать вместе. Можно объединить тепловые насосы «земля-вода» с лучистой системой, и это может снизить потребление энергии на 90%, поскольку потребуется только электричество для циркуляционных насосов. Температура грунтовых вод подходит для лучистой системы охлаждения. Эта система может также питаться от солнечной энергии.

Интегральные системы подогрева наружного воздуха (например, стена «Тромба») работают круглогодично. Это экономически выгодно, так как большая часть произведенного тепла может использоваться повторно, используя простые газовые системы, или догревающие теплообменники, что в итоге означает более низкую стоимость и лучшую производительность.

Лучистые системы отопления и охлаждения оснащены водопроводными трубами, заделанными в полы, стены или потолки. Они вполне эффективны, поскольку более 60% энергообмена происходит за счет излучения. Нагрев при низких температурах и охлаждение при высоких температурах делает здание энергоэффективным. Система пола и потолка может выделять (в режиме отопления) до 100 Вт/м², а производительность охлаждения может достигать 60 Вт/м². Охлаждение до 75 Вт/м² может быть достигнуто с помощью подвесных комфортпанелей на потолках. Производительность источника энергии в изкотемпературной системе лучистого отопления по сравнению с обычными методами будет заметно больше. Это уменьшает потребление первичной энергии. Лучистая система отличается от обычной системы HVAC, поскольку она нагревает или охлаждает не воздух, а поверхность, которая затем сама становится источником излучения (поглощения) тепловой энергии. Такая система обеспечивает комфорт и экономит больше энергии в зависимости от местной среды. Эта система не применяется для контроля влажности, она лучше всего подходит для сухого и умеренного климата.

Об «устойчивом охлаждении»

Исследования показывают, что в будущем требования по охлаждению всего здания будут повышаться. Это вызвано климатическими изменениями и более экстремальными температурами летом практически повсеместно. Снизить затраты на охлаждение можно применением насосов типа «земля-вода» или «вода-вода», использующих стабильную температуру грунта или воды под землей. Вода может использоваться для охлаждения в виде охлаждающих панелей и балок. Термоактивные конструкции известны своей энергетической эффективностью и охлаждающим эффектом.

Трубы, размещенные в полах, стенах или потолках, стабилизируют температуру во всей массе здания. Этот способ лучше всего подходит для поддержания постоянного внутреннего теплового режима, при этом максимальная нагрузка нагрева/охлаждения в пиковых режимах потребления значительно уменьшается.

Лучистые системы охлаждения более выгодны из-за наличия внешних источников охлаждения, таких как грунтовые воды, озера, реки и т. д. В сочетании с обычным охлаждением, таким, как чиллеры на крыше, лучистая система способна сэкономить больше энергии, имея при этом низкие эксплуатационные расходы.

Использование солнечной энергии для производства горячей воды также является известной и проверенной формой достижения энергоэффективности. Абсорбционные чиллеры также достаточно эффективно сочетаются с солнечными тепловыми установками.

Стена «Тромба»

Наиболее перспективный метод для создания по-настоящему интегрированной устойчивой системы HVAC – использование в разных вариациях стены «Тромба» (Trombe wall). Стена «Тромба» – это стена жилого здания толщиной порядка 40 см, как правило, с южной стороны, с установленным перед ней остеклением, окрашенная темной краской. Стена «Тромба» помимо функций собственно стенового ограждения выполняет одновременно роль солнечного коллектора и теплового аккумулятора, см. рис. 1.

Рис. 1. Стена «Тромба» – стена с интегрированным солнечным коллектором и тепловой аккумулятор

Теплый воздух внутри жилого помещения можно заставить циркулировать за счёт естественных процессов в период инсоляции через отверстия в нижней и верхней частях стены; аккумулированное в стене тепло излучается в ночное время, см. рис. 2.

Если вверху и внизу стены выполнить вентиляционные отверстия, можно создать циркуляцию, чтобы теплый воздух перемещался из пространства между стеной и стеклом внутрь помещения. Это обеспечивает медленное и равномерное нагревание в течение дня и ночи, рис. 2. Циркулирующий в стене «Тромба» нагретый воздух может использоваться в других инженерных системах, например, на линии теплового насоса типа «воздух-вода».

Рис. 2. Нагрев воздуха в помещении стеной «Тромба». Потоки воздуха можно использовать непосредственно или для систем принудительного обогрева и кондиционирования

Стена «Тромба» поглощает солнечное тепло и поддерживает комфортную для человека температуру. Она поглощает солнечное тепло и действует подобно парнику. Это эффективное пассивное устройство накапливает тепло и для обогрева здания ночью. Слой стекла (энергосберегающий стеклопакет, отражающий тепловую энергию внутрь) на расстоянии 2-15 см от каменной кладки играет роль ловушки тепла, а само тепло излучается в пространство через кладку стены толщиной 19-38 см. Помимо прямого нагрева стены от инсоляции, нагретый между стенкой и стеклом воздух нагревает стену так, что примерно 8-10 ночных часов кирпичная стена способна устойчиво излучать тепло внутрь дома.

Существуют и специальные конструкции стены «Тромба» (например, из минерального материала с древесной крошкой), теплоемкость и теплопроводность которой можно заранее задавать. Имеются разработки стен «Тромба» из специальных материалов с высокой теплоемкостью, способных аккумулировать тепло так, что стена поглощает тепло в течение полугода (летом) и остается способной к излучению тепла в следующие полгода (зимой) помимо компенсации ежедневных тепловых колебаний внутри дома «день-ночь».

При проектировании стены «Тромба» следует учитывать географической широту и локальные факторы инсоляции. Иногда выгодно использовать элементы солнцезащиты (навес) и препятствовать активному нагреву стены летом, и, наоборот, способствовать зимнему нагреву, см. рис. 3.

Рис. 3. «Летний» и «зимний» режим работы стены «Тромба» за счет пассивной солнцезащиты

Стена «Тромба» действует как вентилируемая стена, обогревая пространство излучением и за счет конвекции. Чтобы усилить эффект аккумуляции тепла, «расширенная» стена «Тромба» может обеспечить нагрев массивного пола (фундаментной плиты) и накопление тепла в нем, см. рис. 4. Такой пол может быть оснащен пассивной системой труб, заполненных водой или рассолом, и благодаря естественной теплопередаче потоки передают тепло по всей плите быстрее и равномернее. Кроме того, солнцезащитные роллетные системы могут регулировать уровень инсоляции и теплопоступления, в том числе, в активном автоматическом режиме.

Рис. 4. «Расширенная» стена «Тромба» для теплового аккумулирования в фундаментной плите с каналами теплообменников на водных соляных растворах

Стена «Тромба» с вертикальными вентканалами (рис. 5), может использоваться для усиления притока наружного воздуха. Пространство между стеной и стеклом нагревается, и воздух поднимается вверх, а затем удаляется наружу через вентиляционное отверстие вверху, и, в свою очередь, заставляет наружный воздух перемещаться и распределяться внутри комнаты. Этот способ организации потоков и управления ими помогает устранить перегрев стены «Тромба» в летний период и устойчиво поддерживать тепловой комфорт круглогодично.

Рис. 5. Принудительная вентиляция за счет стены «Тромба»

Повысить эффективность стены «Тромба» и сэкономить энергию для воздухоподготовки, например, для воздушного теплового насоса, помогают решения по размещению вентканалов в грунте, см. рис. 6. Подробнее об этом см. статью «Особенности кондиционирования в пассивных домах». Активное управление расходами воздушных потоков разной температуры, поступающих через различные каналы, позволяет эффективно достичь оптимальных результатов по энергосбережению для каждого времени суток и сезона.

Рис. 6. Перепуск воздуха через полость в стене «Тромба» с нормализацией температуры в грунтовом теплообменнике повышает общую энергоэффективность системы HVAC

Источник: aw-therm.com.ua

В данной публикации мы рассмотрим такое понятие как пассивное солнечное тепло, в частности солнечная стена Тромба.

Применение солнечной стены Тромба — конструкция, советы по реализации

С каждым годом все более становится актуальным применения современных альтернативных источников энергии, которые преобразуют энергию солнечного излучения и наружного воздуха в теплоту. В зависимости от метода получения энергии или теплоты разделяют две системы:

• активная;
• пассивная.

Пассивные системы солнечного теплоснабжения основаны на использовании естественной циркуляции нагретого воздуха, фото 1а.

Активные системы солнечного теплоснабжения работают на комбинированном использовании пассивной системы солнечного теплоснабжения и дополнительных источников энергии, фото 1б.

К пассивной системе солнечного теплоснабжения относится солнечная стена Тромба.

Что такое солнечная стена Тромба?

Солнечная стена Тромба — это массивная каменная конструкция, которая устанавливается на южной стороне здания за фасадным стекольным ограждением. Эта стена может быть покрыта селективно-поглощающей фольгой или покрашена в черный цвет, фото 2.

Стену Тромба разработал Эдвард Морзе в 1881 г., а французский профессор Феликс Тромб возродил эту идею в 1960 году. Такое устройство стены позволяет собирать и накапливать в себе солнечную энергию за весь солнечный день, а потом это тепло отдавать помещению через определенное время (обычно время отдачи выпадает на ночь). В зависимости от толщины стены Тромба обеспечивается более длительная задержка в отдачи тепла помещению:

• при толщине стены 20 см – задержка происходит примерно на 5 ч;
• при толщине стены 40 см – задержка происходит примерно на 10…12 ч.

Стена Тромба может быть нет только бетонной, но и каменной или кирпичной. Чтобы улучшить теплоотдачу стены создаются специальные отверстия внизу и сверху стены для обеспечения естественной конвекции воздуха, а для более эффективной теплоотдачи устанавливают вентиляторы, для принудительной циркуляции.

На фото 2 показано наличие специальных штор и воздушных клапанов (вверху и внизу), которые сокращают теплообмен между массивной стеной и внешней окружающей средой в нужное для того время. Специальные шторы должны быть изготовлены из нетканых тканей и покрыты серебром.

На фото 3 приведены примеры использование стены Тромба в строительстве пассивного дома.

Солнечные лучи проходя через стеклопакет и попадают на бетонную стену, которая устанавливается на расстоянии 100 мм от стеклопакета. Ультрафиолетовые лучи от солнца попадая на поверхность стены нагревают ее, и часть лучей отражаются от стены в виде инфракрасного излучение, которое не проходит сквозь стекла, нагревая, таким образом, еще и воздух.

Рассмотрим кратко режимы работы пассивной системы солнечного теплоснабжения с использованием стены Тромба, табл. 1.

Таблица 1

Режимы работы пассивной системы солнечного теплоснабжения с использованием стены Тромба

Период года	Режим работы	Положение устройств	Описание процессов отопления
Зимний период (отопление)	1. Солнечный день	Штора поднята, клапаны открыты, фото 2а.	Нагревается стены Тромба через стеклянную перегородку и нагревает воздух, находящегося в прослойке между стеклянной перегородкой и стеной. Теплота поступает в помещение от нагретой стены и нагретого в прослойке воздуха, циркулирующего через прослойку и помещение под воздействием гравитационных сил, вызванных разностью плотностей воздуха при разных температурах (естественная циркуляция).
	2. Ночь, вечер или пасмурный день.	Штора опущена, клапаны закрыты, фото 2б.	Теплооттоки во внешнюю среду значительно сокращаются. Температура в помещении поддерживается за счет поступления теплоты от массивной стены, накопившей эту теплоту от солнечного излучения.
Летний период (охлаждение)	1. Солнечный день	Штора опущена, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты, фото 2в.	Штора предохраняет нагрев массивной стены от солнечного излучения. Наружный воздух поступает в помещение с затененной стороны дома и выходит через прослойку между стеклянной перегородкой и стеной в окружающую среду.
	2. Ночь, вечер или пасмурный день.	Штора поднята, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты, фото 2г.	Наружный воздух поступает в помещение с противоположной стороны дома и выходит в окружающую среду через прослойку между стеклянной перегородкой и массивной стеной. Стена охлаждается в результате конвективного теплообмена с воздухом, проходящим через прослойку, и за счет оттока теплоты излучением в окружающую среду. Охлажденная стена в дневное время поддерживает необходимый температурный режим в помещении.

Рекомендации по строительству пассивного дома со стеной Тромба

1. Ориентировать дом следует на юг, т.е. стена Тромба должна находиться на южном фасаде дома. Допускается поворачивать дом относительно юга на запад или восток в пределах 30°, что конечно немного снизит эффективность применения стены Тромба, фото 4.

2. В стене Тромба можно устраивать смотровые полноценные окна.
3. Стену Тромба можно применять при проектировании двухэтажных домов, однако при этом энергия теплоты будет более распространяться на верхний этаж, т.е. на нижнем этаже будет более прохладно, а на верхнем — более тепло.

Поэтому при проектировании дома, в частности его планировке следует эту особенность учесть, и расположить на втором этаже такие помещения, в которых обитатели дома будут больше проводить время: а это может быть:

• кухня;
• гостиная;
• игровая комната;
• личный кабинет.

На первом этаже можно расположить спальни, подсобные помещения – кладовки и гардеробные.

4. Расположение стены под углом 10…20° к поверхности повысит эффективность устройства.
5. При расположении дома на участке следует учитывать следующие факторы:

• особенности ландшафта;
• наличие соседних построек;
• наличие деревьев.

6. Как уже выше отмечалось, что вместо темного окрашивания стены можно наклеить селективное покрытие, которое более эффективно поглощает солнечные лучи (эффективность достигает 90% по сравнению с 60% для окрашенной стены). Селективное покрытие представляет собой тонкий лист медной фольги, на который наносится слой хрома и слой окиси меди черного цвета, для которого свойственна высокая поглощающая способность солнечного света.
7. В зависимости от покрытия стены Тромба применяется разное ограждающее остекление:

• селективное покрытие – однослойное остекление стены;
• окрашенная поверхность – двойное остекление стены.

8. Оптимальная толщина стены Тромба составляет 30 см, но в зависимости от материала из которого сделана стена, толщину можно принимать в соответствии с данными в табл. 2.

Таблица 2

Допустимая толщина стены Тромба в зависимости от материала

Материал	Плотность, г/см3	Толщина, м
Бетон	2,2	0,2…0,6
Бетонный блок	2,1	1,18…0,46
Глиняный кирпич	1,9	0,18…0,41
Пустотный бетонный блок	1,8	0,15…0,3
Кирпич-сырец	1,6	0,15…0,3

9. Если дом проектируется в холодной климатической зоне, где средняя температура зимой составляет -1…-7°С тогда следует принимать:

• двойное остекление;
• стену выполнять из камня с площадью наружной поверхности в пределах 40…100% от площади пола жилого помещения.

10. Если дом проектируется в умеренной климатической зоне, где средняя температура зимой составляет +2…+7°С тогда следует принимать:

• двойное или одинарное остекление;
• стену выполнять из камня с площадью наружной поверхности в пределах 20…70% от площади пола жилого помещения.

Преимущества пассивных солнечных систем теплоснабжения с применением стены Тромба:

1. Относительно низкая стоимость устройства.
2. Конструкция простая в обслуживании.
3. Долговечность и надежность конструкции.

Недостатки пассивных солнечных систем теплоснабжения с применением стены Тромба:

1. Точность расчетов невысокая, поэтому данной системы теплоснабжения может быть не достаточно для полного обогрева здания.

В Черниговской области (Украина) был построен в 2005 г. двухэтажный дом из соломы с применением стены Тромба, фото 5. Толщина стен составляет 0,46…0,5 м. Применение стены Тромба позволило владельцам такого дома сократить на 40% расходы на отопление, а на кондиционирование на 100%. В зимнее время основным источником тепла является печь, а ранней весной и поздней осенью – стена Тромба. Тепло от стены Тромба поступает в помещения через специальные отверстия – воздуховоды.

Автор публикации – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич

Источник: gidproekt.com