Гелиосистемы в домах, их виды

Солнечное отопление домов следует рассматривать в основном как дополнительный источник энергии, который частично возмещает общие тепловые потери здания. Гелиосистема работает на полное возмещение теплопотерь в осенне-весенний период, а в наиболее холодные дни, когда интенсивность солнечной энергии низка, дом отапливается традиционными системами. Годовая экономия тепла может составить до 30—50%. Полная компенсация теплопотребления может быть достигнута при использовании гелиосистем дня отопления зданий сезонного назначения (дачи, бытовые помещения тепличных хозяйств и т.п.).

Целесообразно применять воздушные гелиосистемы отопления зданий, тепловая эффективность которых в отопительный период выше водяных, а окупаемость находится в пределах нормируемых сроков. Такие системы можно использовать как для существующей застройки, так и при проектировании солнечных домов. Существует большое количество вариантов гелиосистем воздушного отопления в сочетании с солнечной архитектурой. Поэтому предлагаем только некоторые варианты, разработанные применительно к условиям Беларуси на базе элементов и материалов, традиционно используемых в сельском строительстве.

Аккумулятор теплоты является необходимым элементом для тех систем отопления, в которых выработка теплоты происходит периодически в течение суток, как это имеет место при печном и ниточном отоплении. В качестве теплоаккумулирующего материала применяют камни, крупноразмерный гравий и щебень, кирпич, ёмкости с водой (например, насыпь из полиэтиленовых полых шаров диаметром 100—200 мм, наполненных водой) и др. Засыпка из такого материала в ёмкости, имеющие и подпой и выходной воздуховоды для горячего и охлаждённого воздуха, представляет собой наиболее простой вариант аккумулятора теплоты.

Для аккумулирования теплоты весьма эффективно можно использовать конструктивные элементы самого здания (стены, перекрытия, перегородки), выполненные из теплоёмкого материала, повышающего тепловую инерцию здания в целом. При этом, чтобы обеспечить вышине теплозащитные свойства наружных стен, теплоизолирующий слой следует располагать со стороны наружного воздуха, а конструктивно-несущий теплоемкий — у внутренней поверхности стены.

Например, стена может быть выполнена в виде кладки из газосиликатных блоков с наружной стороны толщиной 200 или 300 мм и кирпичной кладки и полкирпича толщиной из обыкновенною глиняного кирпича у внутренней поверхности с оштукатуриванием обеих поверхностей при общей толщине стены 360 или 470 мм. Здание из таких стен представляет собой как бы «дом-термос», который в минимальной степени реагирует на колебания температуры наружною воздуха и максимально стабилизирует температуру внутри помещений при нестабильных теплопоступлениях от печного, солнечного и другого отопления.

В качестве примера устройства дополнительной системы солнечного отопления (с аккумулированием теплоты в конструкциях здания) к существующим постройкам предлагается два варианта: для не теплоёмкого, например, деревянного, дома и для массивного, например, кирпичного, дома с железобетонными перекрытиями (рис. 77Б). В обоих вариантах можно применять светопрозрачное ограждение, состоящее из двух слоёв: наружного — из стекла в стационарных деревянных рамах и внутреннего — из полиэтиленовой плёнки, натянутой по периметру рамы. Такая конструкция является наиболее дешёвой, достаточно теплозащитной от наружного воздуха, создаёт требуемый парниковый эффект и обеспечивает долголетнюю эксплуатацию полиэтиленовой плёнки, защищённой от разрушающих её ультрафиолетовых лучей слоем из стекла.

Кроме того, сплошной слой полиэтиленовой плёнки эффективно защищает коллектор от инфильтрации наружного холодного воздуха, тем самым повышая общий тепловой эффект гелиосистемы. Эффективным является вариант совмещения солнечного коллектора с пристроенной к дому теплицей. В этом случае коллектор имеет один слой из полиэтиленовой плёнки, а стеклянное ограждение теплицы несёт в себе функции первого слоя коллектора. В такой теплице тепловой режим лучше, чем в отдельно стоящей, так как она теряет меньше теплоты.

Слой плёнки коллектора является также защитным для конструкций здания от повышенной влажности воздуха теплицы. В летний период, когда система естественной вытяжной вентиляции бездействует, коллектор может стать побудителем движения для удаляемого воздуха при оснащении его клапаном (8), который на этот период открывается при закрытом клапане (7). В отопительный период солнечное излучение поступает на поверхность бетонной стены, покрытой слоем ламповой сажи, нагревает её, и теплота частично аккумулируется за счёт нагревания самой стены (рис.).

Другая часть теплоты отбирается воздухом, нагреваемым у поверхности (4) стены (3) и вытесняется более холодным воздухом, поступающим из помещений по воздуховодам (5). Нагретый в коллекторе воздух поднимается в отапливаемые помещения через воздуховоды (6). Его расход регулируется вручную или автоматически с помощью клапана (7). В ночное время воздух в коллекторе нагревается за счёт нагретой за день стены (3), обратная сторона которой является также отопительным элементом для помещений цоколя, например, гаража или мастерской.

В летний период и частично в переходный существует вероятность перегрева помещений от гелиосистемы, особенно для варианта, приведённого на рис. 77Ав. В этом случае необходимы тенеобразующие устройства, регулирующие поступление теплоты в течение года. Например, посадки лиственных деревьев защищают летом здание от перегрева, а зимой их голые ветви не являются преградой для солнечных лучей, поступающих на поверхность коллектора.

Другим вариантом регулирования солнечной радиации могут быть горизонтальные козырьки, устанавливаемые над коллекторами, а также над окнами южной ориентации. Конструктивно козырёк может быть совмещён с карнизом кровли, как это показано на рис. 77Аг. Вынос (А) козырька должен обеспечивать тень летом от высокостоящего солнца и не экранировать окна или коллектор в наиболее холодный период года, а в переходные периоды частичная тень обеспечивает саморегулирование в поступлении солнечной энергии. Для Беларуси величина выноса А может быть определена из выражения: А-Б (2,3 — 2,8). Экраном от солнечных лучей для наружной стены служат также стальные листы (3), выполненные, например, из бывшего в употреблении оцинкованного кровельного железа.

Эти листы воспринимают солнечную энергию и являются нагревательными элементами для воздуха, циркулирующего в системе. Аккумулируется теплота в дневное время внутренними поверхностями теплоёмких стен, а также бетоном многопустотных железобетонных покрытий (5), по пустотам которых нагретый в коллекторе воздух поступает в отапливаемое помещение. В ночное время циркуляция воздуха прекращается и теплота поступает в помещение от поверхности потолка и стен.

В зимний период некоторые сельские семьи в целях экономии топлива и времени предпочитают эксплуатировать только часть жилых комнат. Предлагаемые гелиосистемы могут работать и в таком режиме путём перекрытия некоторых клапанов (7) в неотапливаемых помещениях. Тогда весь солнечный коллектор работает на отопление только части жилых комнат и экономия топлива может быть весьма существенной.