Использование солнечной энергии

Зимой солнечная радиация незначительна, в связи с этим температура окружающей среды тоже низкая, следовательно, теплопотери максимальные. Остекления, площади которых увеличены с целью пассивного  использования солнечной энергии, приводят к высоким теплопотерям.

Принципы использования солнечной энергии в пассивных домах:

• Необходимы высококачественные остекления, которые имеют высокую пропускающую способность солнечной энергии, низкий коэффициент теплопередачи;
• Другие потери по периметру окна должны быть незначительными;
• Должна быть возможность теплопоступлений от использования солнечной энергии через прозрачные поверхности

За долгие тридцать лет произошло сильное развитие остеклений (Рис. 1.)

Рис. 1. Развитие остеклений ведет к постоянному сокращению теплопотерь,  и наилучшему комфорту

Рис. 2. Потребления незначительного количества тепла на отопление от величины остекления на южном фасаде. Пассивный дом в г. Дармштадте.

Линии на рисунке сделаны с помощью расчетной модели DYNBIL. При расчетах во внимание принимали затемнение оконных рам, пропускание света через угол наклона. Обыкновенным двойным остеклением в пассивном доме невозможно достичь нетто-поступлений от солнечной энергии.

При использовании обыкновенного тройного остекления, также невозможно получить уменьшения потребления тепловой энергии для отопления. Окна с двойным остеклением, которые стоят в зданиях с низким энергопотреблением, все-таки достижимы некоторые пассивные поступления от солнечной энергии при использовании средней доли остекления от общей площади. Реальные теплопоступления наступают при применении остекления высокого качества (тройное остекление с низкоэмиссионным покрытием), то есть остекление для пассивного дома. Окна такого качества, расположение которого идет на южную сторону и не затемненное, энергопотребления такого окна снижаются в два раза. Возможность использования солнечного излучения при площади остекления  около 40 % сильно ослабевает.

При удвоении площади остекления с 40% до 80% пренебрежительно мала.

Качество остекления является очень важным, чем количество остекления. Пассивные дома ни в коем случае нельзя оснащать остеклением с большими площадями с южной ориентации. Таблица расположенная ниже показывает возможные типы остеклений, которые являются  наилучшими для установки в пассивных зданиях. 

У пассивного дома критерий комфорта для остекления U_g ≤ 0,8 Вт/(м²К), а энергетический критерий остекления U_g – 1,6 Вт/(м²К) * g < 0

Если из-за плохих оконных рам и мостиков холода в области окон недопустимо высоко возрастут теплопотери, то положительный баланс от солнечных теплопоступлений может значительно уменьшиться. Самые обыкновенные оконные рамы имеют значения коэффициента теплопередачи 1,5…2 Вт/(м²К). теплопотери 1м² в два раза больше теплопотери от 1м² остекления  для пассивного дома, для которого по нормам коэффициент теплопередачи равен 0,7 Вт/(м²К). Также необходимо учитывать значительные мостики холода в местах соединения остекления с рамой. Чтобы не потерять баланс от солнечных теплопоступлений вследствие этих дополнительных теплопотерь, следует применять оконные рамы с высоким термическим сопротивлением.Ниже на рисунке показано сравнение окон.

Рис. 3. Сравнение двух окон. Слева, остекление для пассивного дома в стандартной деревянной раме со значением U_w больше, чем 1,09 Вт/(м²К). Справа, специальные высокоизолированные рамы для пассивного дома, со значением U = 0,8 Вт/(м²К).

Для изготовления теплоизоляционных оконных профилей используются следующие конструктивные варианты:

• Рамы утепленные пенополиуретаном со статическими элементами жесткости из стальных, алюминиевых  или стекловолоконных профилей;
• Пластиковые профили для рам с двумя или тремя воздушными камерами, с внутренним расположением элемента жесткости;
• Рамы из дерева, металла или пластика с внутренним заполнением из пенополиуретана;
• Деревянные окна с теплоизоляционным вкладышем из мягкой теплоизоляционной деревянной плиты или из бальзы;

Рис. 4. Примеры оконных рам для пассивных домов.

Похожие варианты можно изготовить промышленным способом на основе производственных процессов. Для производства рам можно использовать обычные процессы на базе ПВХ. Добавочные воздушные камеры на обеих сторонах (внутренней и внешней) образуют термическую теплоизоляцию рам.Установка окна в стене из кирпича толщиной 175мм и утеплением 300 мм, где наружная сторона окна расположена заподлицо с наружной стороны кирпичной стены является неправильной, потому что в данном случае теплоизоляция вообще не перекрывает раму.

Часто применяется еще один вариант, когда окно располагают еще в более неблагоприятном месте в наружной стене. Внутренняя поверхность остекления, не подверженная негативным факторам, имеет температуру около + 16,8 °С при наружной температуре - 15 °С. Внутренняя температура по кромке остекления понижается до + 6 °С. Низкие температуры показывают, что теплопотери такого окна значительно выше, чем можно было бы ожидать при используемом высококачественном остеклении.

Путь к пассивному дому ведет к расположенным на юг окнам с тройным стеклопакетом, низкоэмиссионным покрытием. Окна должны быть не очень большими по площади, с утепленными оконными рамами.