Солнечный дом

Примерно треть источников энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем в тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимость от ископаемых источников энергии, запасы которых заметно сократятся в ближайшие десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает не только использование новых стандартов при строительстве, но и то, что надо резко сократить потребление энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и  используя большую термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на треть или даже на четверть. Только при этом условии в будущем будет достаточно сырья (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии

План строительства.

Основные критерии строительного стандарта солнечных домов:

Изоляция соответственно "KFW 40" и выше. Первичный расход энергии < 15 кВт/м²

Отопление: основной источник энергии  солнце (степень покрытия солнечной системой >50%)

Дополнительное отопление регенеративное.

Вертикально наклоненная на юг крыша и большой встроенный бак для воды являются отличительными чертами архитектуры солнечных домов и символами независимого энергоснабжения. Дом с компактным прибором контроля за климатом или электрическим отоплением, тепловым насосом не израсходует и на четверть годовой первичный расход энергии от 5 до 15 кВт на м² полезной площади здания. Первичный годовой расход энергии включает так же и вспомогательную энергию (такую, как ток для насоса) и количество энергии, необходимой для получения, преобразования и распределения источника энергии через цепной процесс, выходящий за рамки системы.

В плане отопления солнечного дома использование ископаемых источников энергии очень невелико, так как 100% тепла производится регенеративно. Кроме того, используются насосы, накапливающие энергию, таким образом, что  лишь от 300 до 400 кВт часов потребления электрической энергии в год приходится на вспомогательную энергию.

Важной предпосылкой для низкого потребления энергии на отопление является хорошая, морозоустойчивая герметичная изоляция огибающая поверхности здания.

Идеальным решением такой изоляции может служить напыление пенополиуретана Пеноглас. На сегодняшний день — это самая эффективная теплоизоляция применяемая в строительстве. Так же пенополиуретановая изоляция Пеноглас соответствует всем экологическим нормам опережая конкурентов по многим показателям.

• Внешние стены: 0,14-0,18 Вт/м²K, соответствует толщине напыленного ППУ Пеноглас 12 -15 см
• Крыша: 0,12-0,16 Вт/м², соответствует толщине напыляемого ППУ Пеноглас 14 -17 см
• Поверхность пола, соответственно, подвала: 0,20-0,24 Вт/м²K, соответствует толщине пенополиуретановой изоляции Пеноглас 8 -10 см
• Окна с тройным детермальным остеклением: 0,8-1 Вт/м²K (включая рамы)

Для соблюдения экологического баланса следует обратить внимание на ресурс первичной энергии и утилизацию отходов строительной конструкции при выборе строительных материалов и определении размеров толщины конструктивных элементов.

Например, «израсходованная» деревянная стена с изоляцией целлюлозы 0,18 производит лишь 100 Вт/м² первичной энергии; кирпичная стена с покрытием из полистерола при такой же изоляции производит 200 Вт/м², то есть в два раза больше.

При размере внешних стен 300 м² эта разница составляет уже 30000 кВт/ч. Это соответствует количеству топлива, которое позволяет отапливать дом 5-6 лет. Для капитальных сооружений особенно хорошо подходит кирпич из перлита, который обладает хорошими качествами для строительства и не наносит вред экологии. При кирпичной кладке (42,5см) без дополнительной внешней изоляции достигается уровень изоляции 0,18 Вт/м²K, так же интересна кладка из обычного кирпича покрытая слоем напыляемой ППУ изоляции.

Пассивное использование солнечной энергии. Прозрачные конструктивные элементы (окна, иногда и зимний сад) обеспечивают внутреннюю часть здания светом и теплом – особенно если они направлены на юг. Однако они также являются источником потери тепла, когда солнце не светит: сама по себе изоляция тройного теплозащитного стекла где-то в четыре раза выше хорошей изоляции внешних стен. Получается двоякая ситуация: высокое качество окон (высокий уровень пропускания энергии при минимальных тепловых потерях, включая рамы) и адекватный выбор размеров стеклянного фасада – в зависимости от стороны света и аккумулирующей способности здания. На северном фасаде стеклянная поверхность должна быть минимального размера, на южном фасаде – большого размера, но не слишком большого.

Чтобы избежать перегрева летом и в переходный период, площадь окон, направленных на юг и запад, должна быть конструктивно затемнена или снабжена внешней защитой от солнца.Если солнце светит, солнечный дом зачастую даже в холодные дни обходится без активного отопления. Однако пассивное использование солнечной энергии не может конкурировать с ее активным использованием, так как собранное коллекторами солнечное излучение может храниться в резервуаре несколько дней, а иногда и недель.Вентиляционные установки с рекуперацией тепла: решение, но не необходимость.

При обычном проветривании потеря тепла происходит в разумных пределах. При наличии вентиляционной установки с рекуперацией тепла потери последнего можно сократить на половину. Это, однако, не уменьшит первичный энергетический баланс, так как тепло солнечного дома на 100% регенеративное, и следует учитывать потребление электрического тока вентилятором.

ОРИЕНТИРОВКА ДОМА ПО СОЛНЦУ

Солнечный дом «живет» от солнца и при солнце. Поэтому основным условием архитектуры и местоположения дома является в любое время года положение солнца. Рис 6 Зимой следует оптимально использовать инсоляцию и пассивно и активно.Летом следует избегать перегрева здания и гелиоустановки, используя для этого конструктивные решения. 

 Идеально расположить площадь коллектора на южной стороне с наклоном 60-70 градусов, чтобы зимой оптимально использовать прямое солнечное излучение.По возможности, при ориентировании дома должны быть учтены указанные выше границы.

Новый дом с оптимальным расположением площади коллектора.

Превращение дома в солнечный дом: благодаря тому, что при установке коллектора на плоской крыше он был приподнят, можно получить больше солнечной энергии. На примере справа была изменена форма крыши (удлинен конек крыши). Пригодная к использованию в солнечном доме солнечная энергия в процентах от максимальной в зависимости от ориентирования положения площади солнечного коллектора: P12 План отопления солнечного дома.

Годовая потребность в тепле для обогрева помещений и подогрева воды в солнечном доме на 50% покрывается термической гелиоустановкой. Дополнительное отопление накопителя также происходит регенеративно – например, при отоплении жилых помещений печью, работающей на древесине, с использованием воды. Система отопления поверхностей излучает тепло при низкой температуре теплоносителя, достаточной для нагрева помещений.

Для получения максимальной выгоды от использования энергии и для удобства отопления необходимо использование накопителя с хорошим разделением слоев: в верхней части накопителя должна быть горячая вода необходимого температурного уровня. В нижней части накопителя вода должна быть по возможности холодной для того, чтобы гелиоустановка функционировала при низкой рабочей температуре, а КПД был высокий.

Так работает солнечное отопление:

Гелиоустановка может производить тепло в том случае, если температура коллектора выше температуры в нижней (холодной) части накопителя. Жидкость-теплоноситель, состоящая из антифриза и воды, перемещается по системе благодаря встроенному насосу, при этом коллектор нагревается на 10-15 градусов и передает тепло через теплообменник воде в накопителе. Когда температура поступления выше температуры в верхней трети накопителя, включается второй теплообменник. Так бак для воды получает хорошее температурное расслоение по всему объему. Ночью летом избыточное тепло охлаждается при помощи коллектора.

Разгрузка через нагревательный контур происходит благодаря специальному смесителю, который охлаждает преимущественно нижнюю часть накопителя. Только в том случае, если температура недостаточно высока, производится забор запаса горячей воды наверху. В горячей зоне располагается также водоподогреватель, по длинной трубе нагревается поступающая вниз холодная вода. Дополнительное отопление с использованием печи или нагревательного котла происходит сверху вниз. Оно используется для того, чтобы вода в верхней части накопителя быстрее нагрелась до необходимого для использования температурного уровня. Только тогда четверной смеситель изменяет направление обратного процесса нижней части накопителя так, что на запасах воды можно продолжать процесс отопления. Благодаря высокой производительности системы с использованием воды и большой загрузочной камере котла процесс отопления максимально комфортен.Можно использовать и другие планы накопления, если они обеспечивают хорошее расслоение температур воды.

Степень покрытия солнечной установкой в зависимости от величины коллектора и накопителя. 

Дом с полезной площадью 200м², изоляцией KFW40, местоположение Мюнхен, ориентирование на юг, угол наклона 45 градусов.

Компоненты отопления солнечного дома:

1. Солнечный коллектор.

Для производства от 50 до 80% тепла в хорошо изолированном доме необходима площадь коллектора от 30 до 70 м². Площадь коллектора должна быть вертикально наклонена на юг, чтобы и зимой установка давала достаточно тепла. Лучше всего использовать коллекторы с большой площадью, которые монтируются на крышу при помощи крана в готовом состоянии. Преимущественно они монтируются в кровлю или фасад, в качестве связующей площади используется металлическое обрамление. Это способствует хорошему внешнему виду, а также защите от атмосферных воздействий. Оставшаяся часть крыши может быть использована для солнечной энергетической установки для производства солнечного тока. 

Коллектор с высокой производительностью. Наверху: изображение в разрезе. Справа: поглотитель (без покрытия стеклом).

Внизу: установка при помощи крана.  

2. Солнечный накопитель.

Большой накопитель со встроенным водоподогревателем накапливает солнечное тепло для отопления и нагрева воды на несколько дней или даже недель. Объем накопителя в солнечном доме с покрытием гелиоустановкой от 50 до 80% определяет параметры от 150 до 250 литров на каждый квадратный метр площади коллектора.

В доме, полностью отапливаемом солнечной энергией, используются накопители размером 40 м³. для температурного расслоения лучше подходит удлиненная форма. Предпочтительно использовать двухэтажные комбинированные накопители с двухступенчатой системой загрузки и разгрузки. Загрузка может проводиться по внутреннему или внешнему теплообменнику. Вместо внутреннего бойлера можно также использовать нагреватель для питьевой воды, связанный с источником пресной воды. Установка накопителя в жилом помещении позволяет почти без потерь использовать гелиоустановку, так как отходящее тепло накопителя полностью используется для отопления помещения. Тем не менее, толщина изоляции накопителя должна составлять от 25 до 30см. 

 Удлиненная форма накопителя и множественная система загрузки и разгрузки позволяют достичь хорошего температурного расслоения.В продаже есть накопители различных размеров и с различными встроенными элементами.

Слоистость означает разделение различных  температурных зон в накопителе, следует избегать смешивания различных зон и связанных с этим потерь работоспособности. Загрузка и разгрузка являются самыми важными процессами для эффективного использования накопителя. Система накопителя со встроенной системой слоевой загрузки еще более последовательно преследуют цель – точно по температурным зонам разместить теплую (и холодную) воду. При больших накопителях рекомендуется подсортировка при поступлении по двум различным направлениям. 

3. Дополнительное отопление при помощи биомассы.

Отопление при помощи биомассы (деревянного щепа или гранул) является идеальным продолжением гелиоустановки. В солнечных домах использование горючих материалов очень невелико. В комбинации с большим накопителем использование дополнительного отопления происходит очень редко. Как дополнительный источник тепла достаточно использовать камин или голландскую печь с подводом воды. У дополнительного источника должна быть высокая мощность отдачи тепла помещению. Еще удобнее использовать котел с аппаратом для сухой перегонки дерева с большой загрузочной камерой, либо автоматическое центральное отопление, работающее на гранулах. 

Котел работающий на дереве, в жилом помещении. Печь с использованием теплой воды 30кВт с патентованным трехуровневым сжиганием (горением). 

4. «Солнечные стены» - панельное отопление.

Невидимые поверхности нагрева из медных-  соответственно соединенных труб в стенах и полу отдают тепло помещению в форме медленного равномерного излучения и следят за комфортным климатом. Стенное отопление хорошо регулируется и обходится низкой температурой запуска. Его можно использовать как нагревательный элемент - нижний слой штукатурки, либо приобрести уже в готовой для монтажа форме строительной панели. 

ОТ ОБЫЧНОГО ДОМА К СОЛНЕЧНОМУ

Тот, кто  хочет тратить небольшие деньги на отопление и использовать в своем доме солнечную энергию, не должен из-за этого строить новый дом. Большинство существующих жилых домов можно превратить в солнечные. Цель: сократить расход энергии благодаря системе изоляции и установке новых окон, по меньшей мере, на половину и покрыть оставшиеся 50% потребности в тепле гелиоустановкой. Указанные здесь денежные вложения могут составить 150 тысяч евро, однако, строительство дома будет стоить в два раза дороже. Зачастую из виду упускается тот факт, что «энергетическая» перестройка старого дома означает повышение комфортности и соответственное повышение стоимости дома. Однако большинство владельцев боится сделать подобный шаг. Они уверены, что смогут залатать «энергетические дыры», вызванные повышением стоимости отопления. За несколько лет их уверенность может сойти на нет.

Перестройка старого дома.

Путь от обычного дома к солнечному идет обычно через последовательное энерго-техническое переустройство дома. К этому следует отнестись внимательно и прозорливо. Только благодаря значительному улучшению уровня изоляции можно на 50% окупить расходы на покрытие дома гелиоустановкой. Для того, чтобы установить коллектор вертикально или разместить большой накопитель, иногда надо предпринять дополнительные строительные мероприятия.

Установка коллектора.

Как и при строительстве нового дома, площадь коллектора может отклоняться не более чем на 30 градусов на запад или восток. Наклон, по меньшей мере, на 35 градусов, по возможности, на 45-60 градусов был бы выгоден, так как он позволяет лучше использовать солнечную энергию зимой и избегать перегрева летом. Если крыша не позволяет выполнить эти условия, коллектор можно разместить на южном фасаде или на расположенном рядом здании.

Установка накопителя.

Для хранения солнечного тепла необходимо использовать максимально большой накопитель. В старых домах это обычно не получается из-за нехватки места, поэтому зачастую накопители размещают в подвале: их привозят в виде отдельных деталей и уже на месте соединяют. Альтернатива: множество небольших накопителей, соединенных друг с другом. Величина накопителя определяет параметры гелиоустановки.

Отопление низкими температурами.

Чем ниже температура отопления, тем выше эффективность гелиосистемы. Идеальным решением является панельное отопление. Проще установить стеновое отопление, чем «теплый» пол, к тому же оно защищает стены от влажности. Уже имеющиеся радиаторы могут работать на более низкой температуре, если улучшить теплоизоляцию дома.

Дополнительное отопление при помощи биомассы.

Существуют различные варианты дополнительного нагрева накопителя. Они зависят от отопительной нагрузки здания, готовности к инвестированию и потребности в комфорте хозяина дома. Например, можно заменить мазутное отопление центральным отоплением, работающим на гранулах древесины, при этом будут использоваться тот же резервуар и то же хранилище для топлива. Альтернатива: котел с аппаратом для сухой перегонки дерева. Если уровень теплоизоляции дома высок, то можно использовать в помещении печи, работающие на древесной щепе или гранулах с подводом воды. 

Пошаговое строительство солнечного дома 

Строительный участок и ориентир на юг.

При выборе строительного участка следует обратить внимание на то, можно ли будет построить дом, расположив его на южном направлении. Возможно незначительное отклонение на запад или восток (до 30 градусов). Зимой площадь солнечной установки не должна затеняться (следует учесть возможную застройку соседнего участка).

Совет опытного строителя.

Уже в начальной фазе планирования следует учесть ряд особенностей: например, расположение площади коллектора и размещение накопителя. Поэтому следует обратиться за советом к опытному архитектору, в данном случае, имеющему опыт строительства солнечных домов.

Планирование дома.

Архитектор разрабатывает план строительства дома. Строительные работы отдельных  специалистов объединяются в общий план, сравниваются цены различных производителей. Архитектор предоставляет различные варианты детального планирования общей концепции солнечного дома. Альтернатива: поручить разработку проекта подрядно-строительной фирме.

Выбор специалистов.

Для выполнения технических работ рекомендуется использовать услуги специалистов, которые имеют опыт установки гелиоустановок.

Пошаговое превращение обычного дома в солнечный

Компетентный совет по энергосбережению.

Путь от обычного дома к солнечному обычно идет через последовательное энерго-техническое переустройство дома. К нему надо подходить со знанием дела и с перспективой на будущее. Рекомендуется провести тщательный анализ состояния здания и отопительной системы, желательно воспользоваться помощью архитектора, либо специалиста в сфере энергосбережения. За анализом последует составления списка необходимых мероприятий по усовершенствованию системы отопления с указанием соответствующих инвестиционных расходов и экономии на издержках энергосбережения.

Следует также учесть, возможность перестройки здания в солнечный дом с точки зрения его местоположения и затемнения. Зачастую приходится проводить дополнительные строительные работы для того, чтобы расположить коллектор под необходимым углом наклона и чтобы разместить накопитель. В ином случае можно прибегнуть к установке нескольких небольших гелиосистем 

ыполненный по всем правилам план и его исполнение.

Как строительные работы в здании, так и оснащение его регенеративной системой отопления должны выполнять специалисты. Работа дилетантов может принести больше вреда, чем пользы.