У цій статті представлені результати дослідження, в якому досліджували сімейний будинок з планом поверху 10 × 12 м з двосхилим дахом та ухилом від 30 ° до 60 °. Він був підданий впливу сонячного світла під різною орієнтацією на сторони світу під час як сонцестояння, так і рівнодення під час ясної погоди. З дослідження з’являються цікаві факти.
Енергія сімейного будинку - це мистецтво витягувати енергію з навколишнього середовища, особливо енергію сонячного світла. Взимку ми хочемо, щоб сонячні промені максимально обігрівали горищну квартиру. Влітку, знову ж таки, мінімізуйте тепле вплив сонця. Ідеально пристосувати форму і орієнтацію будинку і особливо даху до сонця. Те саме стосується планування дахових вікон, теплову ефективність яких ми посилюємо затінюючими предметами (жалюзі, жалюзі), бажано зовнішніми. Якщо ми зробимо це, ми отримаємо мансардні апартаменти, в яких повно повітря, світла, сонця, а також приємна температура. Квартира, де ми будемо жити гарно і здорово.
Домашня архітектура та енергоефективність
Форма, орієнтація будинку та компонування вікон та їх розміри взимку повинні дозволяти забирати якомога більше енергії від прямого та розсіяного сонячного випромінювання для цілей опалення, можливо також для інших служб будинку. Однак влітку ми хочемо, щоб сонячні ефекти сонячного світла були мінімальними.
Літо: величезна кількість енергії навколо нас
Візьмемо, наприклад, земельну ділянку площею 10 × 12 м. У день літнього сонцестояння та при ясному небі на нього випаде понад 1 МВт-год сонячної енергії. Якби ми купували його як електроенергію, це коштувало б близько 200 євро. Інакше буває в день зимового сонцестояння. Хоча це зрозуміло, на землю припаде максимум 178 кВт-год енергії (приблизно 35 євро).
Побудуємо на ділянці багатоповерховий будинок з двосхилим дахом, під яким знаходиться мансардна квартира. Вкладка. 1 показана загальна кількість сонячної енергії, що потрапляє на будинок і на двосхилий дах при різних схилах обох поверхонь даху.
Особливо для будинку з нахилом даху 60 ° при різних поворотах будинку, в день літнього сонцестояння, впаде до 2,6 МВт-год/добу (менше 500 євро на день). З них на даху 1739 МВт-год/добу, тобто. Через 870 кВт-год/день для кожної його половини. Цифри застосовуються до обертання будинку, коли одна половина двосхилого даху виходить на схід, а друга на захід. Для порівняння: середньорічне споживання електроенергії словацьким домогосподарством становить близько 2,5 МВт/год.
Нам буде цікавіше, коли влітку будинок зазнає мінімальної спеки. Це коли його напівпокрівля вказує на північ і південь. "Тільки" 2096 МВт-год впаде тоді на весь будинок, з них 1204 МВт-год на дах; 733 кВт-год на південну половину і 471 кВт-год на північну половину.
Будинок з найменшим ухилом двосхилого даху 30 °, повернутим на північ і південь, тобто 1974 МВт-год, показав найнижчу кількість падаючої цілодобової сонячної енергії в цей день. Його дах падає на 1082 МВт-год/добу; 517 кВт-год на північ і 575 кВт-год на південь.
Зима: шукаємо виграш енергії
Хоча влітку ми не знаємо, де з надлишком сонячної енергії, взимку ми шукаємо способи зібрати якомога більше (форма та орієнтація будівлі). На час зимового сонцестояння найбільший енергетичний вплив виявив 1527 МВт/добу будинку з двосхилим дахом з ухилом 60 °, який виходить на північ і південь. Це 58,7% літнього впливу. З них 0,777 МВт-год/добу припадає на дах, але лише на її південну сторону. Іншим порівнянням є енергія 178 кВт-год, яка в цей день випаде при горизонтальній площі підлоги 120 м² будинку (8,2 × або 4,2 × більше).
Що відбувається з падаючим сонячним світлом?
Це одне з найважливіших питань. Ось відповідь:
А) Частина сонячного світла відбивається назад у космос. Особливо це стосується вікон, які відображають від 30 до 40% енергії падаючого сонячного світла.
Б) У випадку з вікнами деталь переходить безпосередньо в інтер’єр. В основному це видимий (= світлий) компонент сонячного світла
В) Решта будинку, що потрапив під сонячне світло, тобто. дахи, стіни, але також вікна поглинають.
Сонячне світло, яке проходить через вікна в будівлю, поступово поглинається стінами, меблями тощо. і перетворюється на тепло. Кванти світла (фотони) несуть більше енергії і, отже, більше тепла, ніж невидимі кванти інфрачервоного та теплового випромінювання.
На енергетичний баланс будинку впливає не тільки проходить, але і поглинається компонент (дах, зовнішні стіни, а також вікна), обидва будинки опалюються.
Найбільш ігнорується частина сонячного світла, яка поглинається зовнішніми поверхнями будівлі, напр. його дах, фасад, а також вікна. Поглинене сонячне світло зазвичай нагріває уражені поверхні до 40 ° C взимку та 60 ° C і більше влітку. Таким чином, температура зовнішньої поверхні стін, даху або температура скління вікон повністю відстає від температури зовнішнього повітря, яка враховується в розрахунках.
Таким чином, офіційні розрахунки суттєво спотворюють, точніше, погіршують реальність.
Коли сонце нагріває дах до θPE = 60 ° C, але температура зовнішнього повітря становить лише θE = 25 ° C, різниця між фактичним та офіційним розрахунком теплопередачі описується рівнянням:
Захист від літньої спеки
Це не малі дози тепла. Тільки наша напівпокрівля з ухилом 60 ° і площею 99 м² при нагріванні до 60 ° C при температурі повітря 25 ° C забезпечує 520 Вт енергії в інтер’єрі. У той же час ми розглядаємо дах на пасивному рівні U = 0,15 Вт/(м²K). Це зайва енергія, що витікає з уваги будівельних розрахунків.
Кожен будинок - це чудова колекція енергії, яка працює краще взимку, ніж влітку.
Існують думки, що вентильований зазор під покрівлею провітрює це тепло. Однак температура в районі коника даху вище, ніж над жолобом, тому градієнт температури для вентиляції не потрібен. І логічно, градієнт тиску також відсутній. Крім того, мова йде про кількість тепла, яке неможливо просто провітрити кількома отворами у даху. Сонце також значно зігріває фасад. Архітектура пропонує краще рішення. Поверхні даху та периметричні стіни, їх орієнтація, розміри та нахили повинні бути продумані та сплановані таким чином, щоб вони мали якнайменший приплив тепла влітку та найвищий взимку. Це трохи загадка, але це варто вирішити.
Прокачування сонячної енергії взимку
Ідея про те, що енергію сонця також можна використовувати для опалення взимку, походить від датської компанії VELUX. Доведено, не лише теоретично, а й практично, що вікна навіть взимку (при правильній орієнтації на сторони світу) подають в інтер’єр більше енергії, ніж скільки енергії виходить через них.
Водночас виявляється, що поверхні даху та фасадні стіни поводяться однаково. Нагріті сонцем дах і фасад або зменшать тепловіддачу від будівлі назовні, або навіть почнуть обігрівати будівлю.
Подумайте про затінення
Влітку, але також і взимку, жалюзі, жалюзі та інші затінюючі пристрої, особливо застосовувані на зовнішній стороні вікон, мають значний вплив на енергетичний баланс вікон. Вони використовуються вдень, коли зупиняють пряме надходження сонячної радіації та пов'язаної з нею сонячної енергії в будівлю. Вночі, особливо біля мансардних вікон, вони захищають від впливу холодного випромінювання нічного неба.
З іншої точки зору, жалюзі або жалюзі підвищать теплову якість вікна на градус. Він перетворює вікно з утеплювальним подвійним склопакетом на монтаж, який відповідає якості теплоізоляції вікна з потрійним склопакетом. Що стосується літнього парасольки, то виробники повинні пропонувати світловідбиваючі жалюзі, жалюзі тощо, які відображають весь спектр сонячного світла, щоб воно не тільки проникало в будівлю, але і не нагрівало поверхню вікна.
Висновок
Енергія сонячного світла, про яку йде мова, є безкоштовною та абсолютно екологічно чистою. Швидше, норми, які цього не передбачають або лише частково роблять, є неекологічними. Цілеспрямована робота з сонячною радіацією пропонує нову концепцію теплового захисту будівель, а також більш різноманітну архітектуру та вищу енергоефективність будівель з меншим або нульовим відкачуванням викопного палива.