Тази статия представя резултатите от проучване, при което е изследвана семейна къща с етажен план 10 × 12 m с двускатен покрив и наклон от 30 ° до 60 °. Той беше изложен на слънчева светлина при различни ориентации към страните на света по време на слънцестоене и равноденствие по време на ясно време. От проучването излизат интересни факти.
Енергията на семейна къща е изкуството да се черпи енергия от околната среда, особено енергията на слънчевата светлина. През зимата искаме слънчевите лъчи да отопляват таванския апартамент колкото е възможно повече. През лятото отново поддържайте топлото въздействие на слънцето до минимум. Идеално е да приспособите формата и ориентацията на къщата и особено покрива към слънцето. Същото се отнася и за планирането на покривни прозорци, чиято топлинна ефективност укрепваме със сенчести предмети (щори, капаци), за предпочитане външни. Ако направим това, ще получим тавански апартамент, който е пълен с въздух, светлина, слънце и освен това има приятна температура. Апартамент, в който ще живеем приятно и здравословно.
Домашна архитектура и енергийна ефективност
Формата, ориентацията на къщата и разположението на прозорците и размерът им през зимата трябва да позволяват да се извлича възможно най-много енергия от пряка и дифузна слънчева радиация за отоплителни цели, вероятно и за други къщи. През лятото обаче искаме затоплящите ефекти на слънчевата светлина да бъдат минимални.
Лято: огромно количество енергия около нас
Вземете например парцел с площ 10 × 12 m. В деня на лятното слънцестоене и при чисто небе върху него ще падне над 1 MWh слънчева енергия. Ако го купихме като електричество, щеше да струва около 200 евро. Различно е в деня на зимното слънцестоене. Въпреки че е ясно, максимум 178 кВтч енергия ще падне върху сушата (за около 35 евро).
Нека да построим многоетажна къща с двускатен покрив върху парцела, под която има тавански апартамент. Раздел. 1 показва общото количество слънчева енергия, падащо върху къщата и върху двускатния покрив при различни наклони на двете покривни повърхности.
Особено за къща с наклон на покрива от 60 ° при различни завои на къщата, в деня на лятното слънцестоене, ще спадне до 2.6 MWh/ден (за по-малко от 500 евро на ден). От които на покрива 1,739 MWh/ден, т.е. След 870 kWh/ден за всяка половина от него. Цифрите се отнасят до въртенето на къщата, когато едната половина на двускатния покрив е обърната на изток, а другата на запад. За сравнение: средногодишното потребление на електроенергия в словашко домакинство е около 2,5 MWh/годишно.
Ще ни е по-интересно, когато къщата е изложена на минимум падаща топлина през лятото. Това е, когато полупокривите му сочат на север и на юг. "Само" 2 096 MWh след това ще попаднат върху цялата къща, от които 1 204 MWh на покрива; 733 kWh за южната половина и 471 kWh за северната половина.
Къщата с най-малък наклон на двускатния покрив от 30 °, обърната на север и на юг, т.е. 1 974 MWh, показва най-ниското количество падаща целодневна слънчева енергия през този ден. Покривът му пада на 1082 MWh/ден; 517 kWh на север и 575 kWh на южната половина.
Зима: търси енергийни печалби
Докато през лятото не знаем къде с излишната слънчева енергия, през зимата търсим начини да съберем колкото се може повече (форма и ориентация на сградата). По време на зимното слънцестоене най-голямо енергийно въздействие се проявява от 1527 MWh/ден на къща с двускатен покрив с наклон 60 °, която е обърната на север и юг. Това е 58,7% от лятното въздействие. От това 0,777 MWh/ден падат върху покрива, но само от южната му страна. Друго сравнение е с енергията от 178 kWh, която ще падне на този ден с хоризонтална подова площ от 120 m² на къщата (8,2 × или 4,2 × повече).
Какво се случва с падащата слънчева светлина?
Това е един от най-важните въпроси. Ето отговора:
А) Част от слънчевата светлина се отразява обратно в космоса. Това важи особено за прозорци, които отразяват 30 до 40% от енергията на падащата слънчева светлина.
Б) При прозорците частта отива директно в интериора. Това е главно видим (= светлинен) компонент на слънчевата светлина
В) Останалата част от къщата със слънчева светлина, т.е. покривите, стените, но и прозорците поглъщат.
Слънчевата светлина, която преминава през прозорците в сградата, постепенно се поглъща от стени, мебели и др. и се превръща в топлина. Светлинните кванти (фотони) носят повече енергия и следователно повече топлина от невидимите кванти на инфрачервеното и топлинното излъчване.
Не само преминаващият, но и погълнатият компонент (покрив, външни стени и прозорци) оказва влияние върху енергийния баланс на къщата, и двете къщи се отопляват.
Най-пренебрегната е частта от слънчевата светлина, която се абсорбира от външните повърхности на сградата, напр. неговият покрив, фасада, а също и прозорци. Погълнатата слънчева светлина обикновено загрява засегнатите повърхности до 40 ° C през зимата и 60 ° C или повече през лятото. По този начин температурата на външната повърхност на стените, покрива или температурата на стъклопакета е напълно далеч от температурите на външния въздух, които са включени в изчисленията.
По този начин официалните изчисления значително изкривяват, по-точно влошават реалността.
Когато слънцето загрява покрива до θPE = 60 ° C, но температурата на външния въздух е само θE = 25 ° C, разликата между реалността и официалното изчисляване на топлопреминаването се описва с уравнението:
Защита срещу летните горещини
Това не са малки дози топлина. Само нашият половин покрив с наклон от 60 ° и площ от 99 m², когато се нагрява до 60 ° C при температура на въздуха 25 ° C, доставя 520 W енергия в интериора. В същото време считаме покрива на пасивно ниво U = 0,15 W/(m²K). Това е допълнителна енергия, изтичаща от вниманието на строителните изчисления.
Всяка къща е страхотна колекция от енергия, която работи по-добре през зимата, отколкото през лятото.
Има мнения, че вентилираната междина под покрива вентилира тази топлина. Температурата в областта на билото на покрива обаче е по-висока, отколкото над улука, така че не е необходим температурен градиент за вентилация. И логично градиентът на налягането също липсва. Освен това става въпрос за количеството топлина, което не може да се вентилира само от няколко отвора в покрива. Слънцето също значително затопля фасадата. Архитектурата предлага по-добро решение. Покривните повърхности и периметърните стени, тяхната ориентация, размер и наклон трябва да бъдат обмислени и планирани така, че да имат възможно най-ниски топлинни печалби през лятото и най-високи през зимата. Това е малко пъзел, но си струва да се реши.
Изпомпване на слънчева енергия през зимата
Идеята, че енергията от слънцето може да се използва и за отопление през зимата, идва от датската компания VELUX. Доказано е, не само теоретично, но и практически, че прозорците дори през зимата (с правилната ориентация към страните на света) доставят повече енергия в интериора, отколкото колко енергия излиза през тях.
В същото време се оказва, че покривните повърхности и фасадните стени се държат по подобен начин. Подогретият от слънцето покрив и фасада или ще намалят преноса на топлина от сградата навън, или дори ще започнат да отопляват сградата.
Помислете за засенчване
През лятото, но и през зимата щори, щори и други сенчести устройства, особено използвани от външната страна на прозорците, оказват значително влияние върху енергийния баланс на прозорците. Те се използват през деня, когато спират директното навлизане на слънчева светлина и свързаната с нея слънчева енергия в сградата. През нощта, особено при покривните прозорци, те предпазват въздействието на студената радиация на нощното небе.
От друга гледна точка щората или затворът ще повишат топлинното качество на прозореца с градус. Той превръща прозорец с изолиращ двоен стъклопакет в монтаж, който съответства на качеството на топлоизолация на прозорец с троен стъклопакет. По отношение на летния сенник, производителите трябва да предлагат отразяващи щори, щори и др., Които отразяват целия спектър слънчева светлина, така че тя не само да не прониква в сградата, но и да не загрява повърхността на прозореца.
Заключение
Въпросната енергия на слънчевата светлина е безплатна и напълно чиста в екологично отношение. По-скоро разпоредбите, които не го предвиждат или го правят само частично, са неекологични. Целенасочената работа със слънчева радиация предлага нова концепция за термична защита на сградите, както и по-разнообразна архитектура и по-висока енергийна ефективност на сгради с по-малко или нулево изпомпване на изкопаеми горива.