Солнечный дом и солнечное отопление жилья
Пост подготовлен сообществом @ekomir в рамках Vox Populi.
Автор @ruslandis!
«Солнечный дом» — это такой тип жилья, в котором максимально задействована солнечная энергия для получения: освещения, тепла, электричества и горячей воды.
В средней полосе России, участок земли на 100 м2 может принимать солнечной энергии на 100 000 кВт•ч или 100 МВт•ч в год. Солнце излучает довольно мощно — до 1 кВт•ч на метр квадратный. За один солнечный день, солнце вполне может заработать 1000 рублей на 100 м2, просто нагревая воду в солнечных коллекторах.
На отопление дома площадью 100 м2, и его горячего водоснабжения, требуется приблизительно 10-20 МВт*ч тепла в год.
Современные виды теплоизоляции позволяют заготавливать часть летнего тепла на зиму, подобно тому как домохозяйки заготавливают банки с огурцами.
В хорошо теплоизолированной кладовке с размерами 222 метра в обычном доме, можно запасти тепло в 8000 литрах горячей воды и его хватит на несколько дней. Если дом энергоэффективный, то этого же объема тепла может хватить на несколько недель.
Наши предки старались располагать окна на южной стороне дома чтобы собирать больше солнечного тепла зимой, а в качестве теплового аккумулятора использовали массивные кирпичные печи. Это позволяло экономить дрова и время на их заготовку.
Сегодня энергоэффективные окна позволяют сделать южную стену дома целиком из стекла. Тем не менее, все равно через любой даже самый энергоэффективный стеклопакет теплопотери будут больше чем через утепленные стены. Поэтому в темное время суток окна необходимо закрывать теплоизолирующими ставнями. Несложная электроника поможет сделать этот процесс автоматическим. Такие ставни также защитят от перегрева летом.
Сдвижные ставни с хорошей теплоизоляцией
Солнечный дом лучше проектировать таким образом чтобы остекление было только на южной стороне, так как окна в целом утратили свою значимость в качестве освещения. В солнечном доме, окна выполняют функцию сбора солнечного тепла.
Купольный дом с остекленным фасадом
Светодиодное освещение для помещений расположенных на северной стороне будет более экономичным, по сравнению с окнами, даже при круглосуточном использовании, а наружная видеокамера возьмет на себя функцию просмотра.
Простой расчет показывает что при площади одноэтажного дома в 100 м2, у стеклянной южной стены может быть площадь в 35 м2. Допустим что через каждый метр остекления будет поступать 500 ватт в среднем, получается — 17,5 кВт•ч. При погоде “мороз и солнце” в солнечном доме может быть довольно жарко.
Поэтому внутри солнечного дома нужны массивные конструкции и материалы, которые накапливали бы тепло когда активно светит солнце, и отдавали бы его в течение ночи.
Самым подходящим доступным материалом является глина, из которой можно делать саманные конструкции. При наличии глины на участке, этот материал будет вообще бесплатным.
Глиняный дом можно накрыть куполом или закрыть каркасной коробкой, что обеспечит необходимую тепло- и гидроизоляцию.
Массив глины будет накапливать тепло и сглаживать перепады температуры отдавая его ночью.
Саманный дом под полностью прозрачным куполом построила семья в Норвегии. Выглядит он очень красиво, под куполом возле дома выращиваются тепличные культуры, но не ясно какой тепловой баланс у такой конструкции. То что стекло не укрывается ночью и в плохую погоду можно отнести к недостаткам такой конструкции.
К сожалению, в зимние месяцы может быть совсем мало солнечных дней и они слишком коротки, чтобы прогреть дом только за счет прозрачного фасада.
Для 100% солнечного отопления дома, потребуются сотни квадратных метров солнечных коллекторов и большой тепловой аккумулятор с десятками кубометров воды.
К счастью, есть несколько лайфхаков, за счет которых можно сдвинуть долю солнечного отопления далеко за 50%.
Первый метод предлагает использовать свободную зимой площадь огорода под размещение недорогих солнечных коллекторов. Весной их можно будет складывать в сарай.
С площади пары соток можно вполне получить 50 кВт•ч. Еще столько же можно собрать с периметра участка 6 соток если вместо обычного забора установить
Такие мощности, позволят за один солнечный день заряжать 10 тонн воды в тепловом аккумуляторе, чего может хватить на неделю. При удачной погоде когда будет пара солнечных дней каждую неделю в течении всей зимы, такая система обеспечит 100% отопления дома за счет солнца.
Лишнее тепло, которое будет в октябре, феврале, марте и апреле можно будет продавать соседям, обеспечивая им тем самым сокращение отопительного сезона на 4 месяца, и ускоряя окупаемость солнечной системы. Даже если не найдется покупателей лишнего тепла среди соседей, солнечная система все равно окупится меньше чем за 5 лет.
Концепция солнечного дома хороша тем что подходит практически для любых обычных строений, и может внедряться постепенно.
Экономия напрямую зависит от количества солнечных дней в течении отопительного периода. Достаточно легко сделать систему, которая за один солнечный день запасет тепло на ночь и еще +1 пасмурный день.
Для начала можно разместить несколько воздушных коллекторов на южном фасаде дома и за счет только этого сэкономить за отопительный сезон эквивалент нескольких кубометров дров. Более сложные системы требуют более квалифицированного подхода, так как при проектировании энергоэффективных систем жилья необходимо учитывать десятки разнообразных параметров для подбора оптимальных быстроокупаемых решений.
Воздушный солнечный коллектор на стене дома
Более грамотный и творческий подход, с применением информационных технологий при проектировании энергоэффективного жилья, позволит строить его за равный обычному жилью бюджет, с заложенными заранее возможностями расширения энергоэффективных функций в дальнейшем, за счет получаемой экономии.
Это сделает нашу жизнь более экологичной.