Основы проектирования солнечного дома

ВТ, 2003-07-29 14:24 — mensh

· солнечный дом |

· солнечные коллекторы |

· солнечное отопление

На архитектуру солнечного дома существенное влияние оказывает форма солнечного коллектора и его размеры. В этой связи для архитекторов важны такие показатели, как отношение площади солнечного коллектора к отапливаемой площади здания — коэффициент гелиообеспечения К1г.п и угол наклона солнечного коллектора α.

Архитектор В. А. Акопджанян рекомендует для солнечных домов любой этажности и планировочной структуры К1г.п = 0,5. Однозначный ответ в данном случае представляется не совсем верным.

Д. А. Даффи и У. А. Бекман считают, что при оптимизации площади солнечного коллектора, основное внимание следует обратить на стоимость солнечной установки. По их мнению, минимальная стоимость солнечной установки обеспечивается приК1г.п = 0,33...0,66 (в каждом конкретном случае это зависит от планировочного и конструктивного решения здания, типа солнечной установки и климата). Они также отмечают, что Г. Леф и А. Тибоут исследовали зависимость стоимости используемой энергии от доли солнечной энергии в теплопотребности малоэтажного здания в Бостоне (43° с.ш.), Омахе (42° с.ш.) и Альбукерке (35° с.ш.). Наименьшая стоимость единицы тепловой энергии отмечалась при 40...70% доле солнечной энергии в тепле, потребляемом зданием.

Рис. 1. Зависимость площади солнечного коллектораFг.у (м²) и показателя используемости выработанной солнечной энергииИ(%) от планируемой эффективности (%) солнечной установки и угла наклона солнечного коллектора:
Fг.п/Vзд - отношение площади солнечного коллектора к объему здания;
Fг.п/Vзд - отношение площади солнечного коллектора к площади здания.

Нецелесообразность чрезмерного увеличения площади солнечных коллекторов Fг.п, а значит К1г.п, отмечает М. М. Захидов. Результаты исследования позволили ему установить определенную зависимость между К1г.п и эффективностью солнечной установки (долей солнечной энергии в теплопотребности здания), а также показателем используемости выработанной солнечной энергии. Так, увеличение К1г.п в 2 раза (с 0,25 до 0,5) повышает эффективность солнечной энергосистемы более чем в 2 раза (с 25 до 50...55%). Дальнейшее повышение эффективности солнечной энергосистемы в 2 раза (до 100%) требует увеличения площади солнечного коллектора почти в 3 раза; при этом резко снижается показатель используемости солнечной энергии, что показано на рис. 1, где эффективности солнечной энергетической установки, равной 40...70%, соответствуетК1г.п = 0,45...0,70.

Угол наклона солнечного коллектора оказывает влияние не только на эффективность гелиосистемы, но и на формирование архитектурного образа солнечного дома. М. М. Захидов рекомендует решать малоэтажные солнечные дома только с вертикальным размещением солнечных коллекторов на южном фасаде дома. При таком расположении солнечные коллекторы меньше запыляются, не задерживают снег, что говорит об их эксплуатационных преимуществах по сравнению с наклонными коллекторами.

Однако большинство авторов, как отмечает С. В. Зоколей, рекомендует угол наклона солнечного коллектора, равный широте местности. С. В. Зоколей считает необходимым учитывать климатические условия при выборе оптимального угла наклона коллектора. Для Лондона, где 54% годовой солнечной радиации падает на диффузную составляющую, максимальное тепловосприятие обеспечивается при угле наклона 34°. Оптимальный угол наклона солнечного коллектора, по мнению С. В. Зоколея, лежит между широтой местности и горизонталью, причем его значение определяется долей диффузной радиации.

Для условий Средней Азии, где преобладают ясные дни и доля диффузной радиации незначительна, А. А. Саидов предлагает определять угол наклона солнечного коллектора α в зависимости от прямой солнечной радиации, а также от широты местности и периода эксплуатации солнечной установки. Подсчитав количество теплопоступлений от прямой солнечной радиации на поверхности разного наклона и ориентации, А. А. Саидов предлагает:

для систем круглогодичного действия α = φ + 10...15°, где φ — широта местности;
для установок солнечного отопления α = 90 - hλ, где hλ — высота солнца в полдень15 января;
для солнечных установок, действующих только в теплое время года α = φ.

Эти же расчеты позволили А. А. Саидову определить оптимальную ориентацию рабочей поверхности солнечного коллектора, функционирующей круглогодично, в пределах 165...195° ю.ш., в теплое время года — в пределах 150...210° ю.ш.

С. В. Зоколей допускает возможность отклонения от строго южной ориентации солнечного коллектора на восток или запад до 30°, что, по его мнению, дает уменьшение суммарного геплопоступления всего лишь на 2%.

В. А. Акопджанян рекомендует ориентировать поверхность солнечных коллекторов не строго на юг, а со смещением на запад на 15°. По его мнению, такая ориентация позволяет получить наибольшее суммарное дневное теплопоступление от солнца.

В рекомендациях отмечена другая закономерность для условий Средней Азии; поверхности, ориентированные на восток, получают больше солнечной радиации, чем поверхности, ориентированные на запад. Причиной такого положения является увеличение запыленности воздуха во второй половине дня.