Проблеми сонячного опалення, акумулювання в середній смузі європейської частини

Будуючи свій эко-дом, в якому сонячний обігрів покликаний грати дуже істотну роль, я прагну вивчати вже накопичений досвід попередніх поколінь. І на жаль, вимушений констатувати, що інформації з цього питання дуже мізерна. Втім, надзвичайно багато різних теоретичних розробок, що пістрявлять різними графіками і красивими картинками. Але, здається, немає жодного реально виконаного проекту. (Ну що ж, означає я буду першим або майже першим.) .

Але і та інформація, що є, украй суперечлива і багато в чому надумана. Тому хочеться розібратися, що таке сонячний обігрів, акумуляція і накопичення тепла, і теплозбережння.

Отже власне сонячний обігрів. В середньому за рік на кожен квадратний метр поверхні в середній смузі Росії падає біля енергії близько 2 квт/доба. Якщо перевести це в тепло - це 7,2Мегаджоуля. Таке ж тепло виділяє при згоранні 2-3 поліна дрів. Здавалося б - небагато. Проте при хорошому утепленні будинку, для комфортного існування, досить мати всього 50-60 Ватів/метра. Тобто ті ж самі 2 КВт/доба. Тому основна проблема не у відсутності тепла як такого, а в нездатності людей його використовувати. Зібрати і акумулювати.

Збирають сонячну енергію (тепло) за допомогою сонячних колекторів. Проводячи, дуже примітивний експеримент (практично "на-спор"), я отримав дуже парадоксальні, на перший погляд, результати. Виявилось, що краще всього поглинає тепло матове чорне тіло (максимально близьке до абстрактного "абсолютно чорного тіла" з поглинанням усього і уся на 100%). Помітьте, не "чорне тіло, покрите склом", як пропонується переважною більшістю конструкторів сонячних колекторів, а просто - матове чорне тіло! Факт, загалом, абсолютно з'ясовний. Скло має певний коефіцієнт віддзеркалення, від 5 % і вище, що різко зростає після кута падіння більше ніж 30 градусів (від перпендикуляра). А ось чорне тіло поглинає усе, що на нього падає. І значення грає лише площу чорного тіла.

Вивід з цього такий: Сонячний колектор має бути матовим і чорним. А не скляним! Чорний колектор мінімум на 10-15% ефективніше прозорого.

Практично в усіх проектах пропонується зробити південну частину будинку практично повністю скляною. Нібито для того, що б сонце безпосередньо прогрівало нутрощі будинку. Так, можливо, коли світить сонце, так воно і є. Але вікна - теплоизолятор значно більш е поганий, ніж стіна, що добре утеплює. А якщо робити багатокамерні склопакети, то сонячна енергія залишиться в них практично наполовину. Як ту випускається з уваги і той факт, що коли обігрів особливо потрібний(період з жовтня по березень включно), те сонце може не з'являтися місяцями! Так, рекорд зими 2006-2007 років - 120 похмурих днів підряд! Про який сонячний обігрів можна вести мову? Не кажучи вже про просто дуже короткий світловий день (7-8 годин).

В оптиці застосовується так званий принцип оборотності ходу променів. Тобто якщо промінь з точки А проходить в точку б (через яких те лінзи або скло, він так само зможе пройти і з точки б в точку А. Систем типу "ніпель" в оптиці немає. Усе це повною мірою відноситься і до інфрачервоних променів. І у кращому разі, будинок грітиметься 5-6 годин (навіть у дуже ясний день), а інші 18 годин працювати як інфрачервона фара, випромінюючи тепло з усіх своїх вікон.

Тому підсумок інакший : Не потрібно робити сонячний колектор з самого будинку. Сонячний колектор має бути сам по собі, а будинок (як теплоаккумулятор, у вигляді своєї теплової інерційної маси, у тому числі) - сам по собі. Перекачування тепла повинне здійснюватися тільки в один бік. Після "виключення" сонячного обігріву сонячний колектор повинен відключатися від системи опалювання. А накопичене тепло повинне випромінюватися в зовні у мінімальній кількості.

Виві дтретій: Скління будинку що використовує сонячний обігрів має бути дуже помірним, не більше ніж потрібно для природного освітлення. І ніяких скляних стін "у бік сонця". До того ж влітку такі скляні стіни доставлятимуть масу незручностей, надмірно перегріваючи будинок.

Краще всього винести сонячний колектор на дах будинку або його зовнішні стіни. Але зробити сонячний колектор із стін дуже витратний і вже дуже екзотично це виглядатиме. А ось поєднати його з покрівлею дуже просто. Цьому ж сприяє і пристрій самого даху. Утеплення покрівлі служить необхідною терморазвязкою колектора і системи обігріву будинку (колектор завжди можна відключити, перекривши вентканали). А металева покрівля служить відмінним поглиначем сонячної енергії. До і площа покрівлі як правило дуже велика.

Стіни будинку краще так само зробити темного кольору і матовими. Нагріваючись під сонячними променями, вонизгідно з другим законом термодинаміки (тепло не передається від холоднішого тіла гарячішому, між рівно нагрітими тілами теплообміну не відбувається), блокуватимуть передачу тепла зсередини будинку на зовнішню поверхню стін.

Тепер розглянемо конструкцію сонячного колектора. Як я згадував вище, дуже принадно використовувати в цій якості саму покрівлю. Для цього необхідно залишити під металевою покрівлею невеликий повітряний проміжок і організувати систему подачі і відведення нагрітого повітря. На мій погляд, в даному випадку повітря - найоптимальніший тепловий агент. Йому не потрібні теплообмінники, не вимагається абсолютна герметичність каналів, він легко транспортується за допомогою звичайних вентиляторів, дешевих і надійних. Єдино, на що слід звернути увагу - це хороша теплоізоляція вентиляційних каналів, що транспортують нагріте повітря. Детальніше ми розглянемо конструкцію покрівлі - сонячного колектора в інших статтях, у міру його виготовлення.

Хотілося б згадати ще про однуістотній проблемі при проектуванні сонячного колектора - покрівлі. Серйозно розраховувати на сонячний обігрів в листопаді, грудні і січні щонайменше наївно. Сонячні дні - рідкість, кут нахилу Сонця дуже малий, світловий день короткий, температура повітря дуже низька. Тому На цей період сонячний колектор - кривавлю краще всього перетворити на додатковий теплоизолятор. Взагалі вважається, що сніг - основний ворог сонячних колекторів. Але в даному випадку, сніг повинен послужити дуже корисну службу. Оскільки свіжий, і навіть сніг, що злегка ущільнився, - прекрасний теплоизолятор! Майже такий же як і дерево. Тому 20-40 см снігового покриву на даху в грудні - січні збережуть вам куди більше тепла, ніж міг би виробити сонячний колектор за пару-трійку гіпотетичних сонячних днів. Тому покрівля - сонячний колектор, має бути оснащена снігозатримувачами (снігостоперами). Вони не дозволять снігу "з'їхати" з даху лавиноподібно. У теж час, вони не перешкоджають стоку води.

І лише коли сонячні дні почнуть з'являтися все частіше і частіше, тривалість дня збільшитися до 10 годин, а само Сонце почне підніматися над горизонтів вище, слід швидко позбавитися від снігу. Зробити це нескладно. Досить включити обдування колектора (підпокрівельного простору) теплим повітрям, особливо в сонячний день, і сніг зійде в течії декількох годин і сонячний колектор заробить на повну потужність.

Теоретична потужність сонячного колектора дуже висока. Освітлений сонцем, він отримує близько 800 - 1000 Ватів тепла на кожногосвій квадратний метр. Якщо площа колектора хоч би 50 кв. метрів, це означає 30-40 КВт тепла в годину! За декілька сонячних годин такий сонячний колектор поставить вам 150 - 200 КВт! Це - 540 МДж тепла/години. Що еквівалентно спалюванню 50-60 кг першокласних сухих дрів (~ 0,3 кубометра). Але проблема не отримати сонячне тепло, а акумулювати його, накопити і зберегти. А цю функцію повинен виконати теплоаккумулятор.

Костянтин Тимошенко
 

Додати коментар

Шановні гості! Для того, щоб залишити своє запитання або прокоментувати статтю Вам потрібно заповнити форму.Після перевірки адміністратором вона буде опублікована.


Захисний код
Оновити

Автор: Ivan Fedchenko