Отопление зданий: Отопление жилых зданий

Содержание

Система отопления зданий — Отопление

Система отопления зданий

Система присоединения отопления и горячего водоснабжения к теплосети может быть зависимой и независимой. В зависимой системе присоединения давление из теплосети передается в отопительную систему неизменным. В независимой системе давление отопительной системы выше, а присоединение происходит через водоподогреватель. Эта система используется для зданий повышенной этажности, она значительно дороже.

В местах присоединения тепловых сетей к внутренним системам потребления располагают тепловые пункты, предназначенные для подготовки теплоносителя к использованию его потребителем, т. е. для обеспечения нормальных температуры и давления, регулирования расхода и учета потребления теплоты.

Расчетная температура в теплосети составляет 150 С. Для использования в промышленности такая температура приемлема, для жилищно-коммунального хозяйства ее снижают до 95 °С, подмешивая воду из обратной трубы через специально установленный элеватор.

Тепловой пункт для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения одного здания называется индивидуальным (ИТП), для присоединения систем нескольких зданий — центральным (ДТП). В тепловом пункте располагают элеваторы, смесительные насосы, теплообменники, системы горячего водоснабжения, приборы контроля и регулирования параметров теплоносителя, устройства защиты от коррозии и накипи. Применение ДТП экономичнее, чем ИТП, однако ИТП используют для отдельных сложных объектов.

Система отопления обеспечивает в зданиях в холодный период года нормальный тепловлажностный режим. Сроки отопительного периода зависят от климатических условий.

Система отопления зданий состоит из источника тепла, теплопроводов и отопительных приборов. По виду теплоносителя системы отопления могут быть водяные, паровые, воздушные и с антифризом.

Паровая система отопления может быть низкого и высокого давления. При выборе теплоносителя сравнивают основные свойства и характеристики (теплоемкость, теплопроводность, плотность, стоимость, недефицитность, безвредность, неагрессивность к материалу труб), подбирая наиболее целесообразный вариант.

Читать далее:
Отопительные приборы
Отопление с использованием радиаторов
Отопление с использованием теплого пола
Напольные отопительные котлы
Навесные отопительные котлы
Как согреть свой дом?

Отопление офисного здания или офисного центра — «ЕвроХолод»

Инженерные системы › Отопление › Какой у вас объект?

Отопление офисного здания «ЕвроХолод» реализует с монтажом «под ключ». По вопросам, связанным с отоплением, звоните по телефону +7(495) 745-01-41.

Чтобы получить коммерческое предложение, напишите запрос на e-mail [email protected] или отправьте быструю заявку

Комфортные условия на рабочем месте способствуют хорошему самочувствию человека и благотворно влияют на его работоспособность. В задачу отопления входит поддержание температуры внутри помещений на уровне, обеспечивающем комфортное пребывание людей в холодный период года.

Итак, рассмотрим какими способами можно организовать отопление в административно-офисных помещениях. Надо отметить, что каждому объекту строительства присущи индивидуальные особенности и условия. Поэтому лучше всего, при выборе способа отопления, обратиться к специалистам, которые дадут грамотные консультации, сделают проект, выполнят монтажные и пуско-наладочные работы и т.д. Тем не менее, информация ниже может быть вам полезна при решении задачи устройства отопления в офисе.

Прежде чем предлагать какое-либо решение, необходимо знать существующее положение дел. Предполагается ли строить офисное здание, либо оно уже существует? Можно ли использовать существующую систему или необходима реконструкция? Также на решение данного вопроса влияют размеры офисных помещений, технико-экономическое обоснование.

Отопительная система офиса может строиться на основе использования различного обогревательного оборудования и систем. Потому ТЗ на такой проект обычно включает в себя два раздела. В первом разделе описываются стандартная информация для любой отопительной сети, а во втором – индивидуальная информация, состав которой определяется параметрами и особенностями проектируемого отопления.

В общей части технического задания должны содержаться следующие данные:

Адрес объекта, в котором располагается офис заказчика, а также имя собственника офисного центра.
Площадь офиса, для которого необходимо разработать проект и установить отопительную систему.
Материалы, из которых выстроены наружные стены сооружения, материалы потолков или кровли и пола.
Предположительный режим использования офисных помещений, общее число постоянных пользователей.

Расположение и тип окон в офисе.
Высота стяжки.
Наличие или отсутствие подключения объекта к центральной магистрали газоснабжения города.
Предположительные температурные условия в регионе, в котором расположен офисный центр.
Необходимый уровень температуры во внутренних помещениях офиса.
Тип и характеристики отопительной системы, которую необходимо разработать для офиса – отопление от котельной, теплый пол, радиаторная отопительная система.

Данные техзадания для разработки отопления, работающего от котельной:

технические характеристики, тип, вид монтажа проектируемого теплового агрегата для отопления офисного центра;
используемый вид топлива котельной;
резервный вид топлива;
система дымоудаления – материалы труб, расположение дымохода;

используемый теплоноситель;
особенности подачи топлива в систему;
вид коллектора;
правила и особенности автоматизации отопительной сети.

Содержание техзадания на проект системы теплый пол в офисе:

уровень температуры в сети;
температура пола в офисе;
типы, технические характеристики и места монтажа элементов сети;
место монтажа коллекторного шкафа;
особенности используемых уплотнительных материалов;
автоматизация.

Содержание задания при разработке системы радиаторного отопления:

Необходимый температурный режим.
Типы отопительных приборов.
Схема сети – однотрубная/двухтрубная.
Правила подачи теплоносителя в обогревательную систему.

Особенности трубопроводов.
Правила и особенности монтажа радиаторов отопления.
Автоматизация работы сети.

В большинстве случаев отопление офиса строится на подключении помещений от центральной тепловой системы или от индивидуальной отопительной сети, организованной за счет установки котельного оборудования, обеспечивающего теплом все офисы в центре. В любом случае, если заказчиком проектирования выступает арендатор, ему нужно будет получить технические условияна подключение к центральной магистрали или к котельной от собственника сооружения.

Полученные заказчиком техусловия обязательно должны передаваться нанятым проектировщикам, так как в этом документу указываются данные по максимально разрешенной мощности обогревателей в офисе.

Чтобы заказать разработку профессионального проекта отопления для офиса, заказчик также должен будет передать проектировщикам следующие документы:

Архитектурный чертеж объекта, в котором располагается офисное помещение заказчика.
План офисного помещения с указанием предпочтительных мест монтажа отопительного оборудования и всех рабочих мест.
Ситуационный чертеж территории, на которой располагается офисный центр.

Самая распространенная система отопления — водяное отопление

В большинстве случаев, в России, для отопления офисных и административных зданий и помещений применяют систему водяного отопления (водяное отопление). В этой системе теплоносителем является вода, а её нагрев происходит либо в индивидуальной котельной, либо в теплообменниках местных ИТП или ЦТП. Обычно, источником тепла в индивидуальной котельной является газовый котел, в качестве альтернативы применяют и котлы на дизельном топливе. Немаловажным является и выбор материала системы трубопроводов (применяют стальные и полипропиленовые трубы, трубы из сшитого полиэтилена), а так же выбор вида отопительных приборов — используют настенные и впольные радиаторы отопления, конвекторы. Все эти нюансы должны быть учтены в процессе выполнения проектных работ, опытный инженер-проектировщик учтет все пожелания Клиента, величину напора и давления в системе отопления, этажность здания. В последнее время для отопления офисов и помещений в административных зданиях стали применять систему отопления на основе водяных теплых полов, которая создает максимально комфортные условия для работы офисных сотрудников. Однако, монтаж системы отопления на основе водяных теплых полов экономически целесообразно проводить в строящихся зданиях, поскольку для её организации в уже существующих офисах потребуются значительные капитальные вложения. В большинстве современных офисных центрах устанавливают системы вентиляции и кондиционирования «чиллер-фанкойл», которые в зимнее время так же могут быть использованы для отопления офисных помещений.

Схема монтажа водяного отопления и ее нюансы

Происходит такой процесс, благодаря законам физики и термодинамики. Горячая вода имеет меньший объемный вес, чем холодная, поэтому она поднимается вверх, а охлажденная жидкость опускается вниз.

Циркулируя в закрытой системе, вода изначально попадает в главный стояк. Затем из него проходит в горячий трубопровод, который расположен на чердаке или же под потолком верхних этажей офиса, попадает в горячий стояк и затем подается к отопительным батареям или другим нагревательным приборам. Попадая в секции радиаторных батарей, вода, остывая, передает свою тепловую энергию в отапливаемое помещение, и возмещает его теплопотери. Отдав свое тепло, вода по обратным отводкам попадает в обратный стояк, а затем в обратный трубопровод, который проложен в подвале, либо он установлен в подпольном канале. По этому трубопроводу охлажденная жидкость и попадает снова в котел, который опять нагревает ее.

Во время движения теплоносителя в системе отопления возникают непреодолимые потери на трение и сопротивление, которые требуется преодолеть имеющимся циркуляционным давлением.

Чтобы отопительные приборы, такие как радиаторная батарея, передавали необходимое количество тепла, существующее в системе циркуляционное давление должно равняться потере во время прохождения по кольцу расчетного количества теплоносителя.

Для этого используют специальный гидравлический расчет системы отопления. Трубопровод в системах отопления выполняется из газоводопроводных шовных труб, изготовленных из стали при помощи сварки.

Стояки и подводки в отопительных системах устанавливают открытой или скрытой прокладкой.

Для более удобного монтажа отопительной системы в многоэтажных домах используются трубные заготовки, которые заранее изготавливают на трубозаготовительных заводах или специальных заготовительных мастерских.

Регулировка тепловой отдачи нагревательных приборов, установленных в отапливаемых помещениях, или их отключение, установлено на горячей подводке. При помощи специальных кранов, имеющих двойную регулировку, производится:

Регулировка первичная. Выполняется в процессе начальной наладки системы.
Вторичная регулировка. Производится непосредственно в процессе эксплуатации.

Альтернатива водяному отоплению — электрическое отопление.

В современных реалиях наиболее доступным способом обогрева внутренних помещений является электрическое отопление офиса. Наличие электроэнергии гораздо более вероятно, чем обеспеченность газом. К тому же это существенно безопаснее.

Есть два основных принципа применения электричества:

Непосредственный нагрев помещения с помощью индукционных нагревателей, тепловых пушек или радиаторов. К сожалению, такой метод обладает точечным воздействием и неэффективен на больших пространствах, которые, как правило, и представляют из себя open-space офисы. К тому же затраты на электроэнергию в этом случае сильно бьют по карману.
Использование электричества в качестве источника энергии для нагрева теплоносителя. Такой подход обеспечивает хороший теплообмен с окружающей средой даже на больших площадях и позволяет значительно экономить на энергии после вхождения в рабочий цикл.

Энергосбережение

Для сокращения тепловых потерь, а как следствие уменьшения мощности системы отопления, сопротивление теплопередаче наружных ограждений должно быть не менее требуемого по нормативным документам.

Входные тамбуры здания можно оборудовать воздушно-тепловыми завесами, которые могут быть водяными или электрическими. В случае с водяными воздушными завесами стоит предусмотреть, помимо автоматики регулирования работы, защиту от замораживания водяного теплообменника.

В целях энергосбережения применяются также автоматические терморегуляторы на отопительных приборах. Терморегуляторы позволяют поддерживать температуру внутреннего воздуха на заданном значении, осуществляя тем самым экономию тепловой энергии.

Можно сказать, что в настоящее время многообразие товаров на рынке отопительного оборудования способствует реализации различных инженерно-технических решений с учётом индивидуальных особенностей строительных объектов. Поэтому для создания хорошего микроклимата в помещениях советуем обращаться к профессионалам, которые предложат оптимальные варианты решения для каждого конкретного случая.

Мы — профессиональная инжиниринговая проектно-монтажная компания. На нашем сайте Вы можете получить коммерческое предложение и найти необходимую информацию.

Чтобы получить коммерческое предложение, напишите запрос на e-mail [email protected] или отправьте быструю заявку

См. далее

Системы отопления. Теплоснабжение зданий
Какой у вас объект?

Получить коммерческое предложение

Получите коммерческое предложение по вашему объекту, отправив сейчас быструю заявку.

Опишите кратко суть задачи:

Группа компаний «ЕвроХолод» готова реализовать комплексные решения по устройству внутренних инженерных систем и сетей зданий. Мы предоставляем гарантию на купленную у нас технику и все монтажные работы!

Ждем Вашего звонка по телефону: +7(495) 745-01-41

Наш email: [email protected]

О компании , Отзывы , Наши объекты , Контакты

Основы отопления и охлаждения зданий

Независимо от того, в каком климате вы живете, контроль температуры воздуха внутри здания жизненно важен для поддержания комфорта всех, кто живет или работает внутри.

Проводка
Конвекция
Радиация
Охлаждение

Независимо от того, пытаемся ли мы обогреть здание или охладить здание, тепловая энергия должна перемещаться из одного места в другое. Тепловая энергия всегда будет следовать правилам термодинамики: она будет перемещаться в более прохладное место, чем то место, где она находится в данный момент. Когда горячий воздух входит в комнату, предметы внутри комнаты (мебель, стены, ковер и т. д.) будут нагреваться по мере того, как температура горячего воздуха понижается, до тех пор, пока температура всех предметов внутри комнаты не станет одинаковой. Когда тепло вытягивается из помещения (охлаждение), в какой-то момент тепловая энергия возвращается в более прохладное пространство, и ее нужно будет снова отводить.

Существует три способа передачи тепла из одного места в другое: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это передача тепла через предметы, находящиеся в непосредственном контакте друг с другом. При наличии двух объектов частицы более горячего объекта движутся быстрее, чем частицы более холодного объекта. Когда нагретый объект соприкасается с более холодным объектом, молекулы более холодного объекта начинают вибрировать быстрее, а это означает, что он получает тепловую энергию и становится теплее. Если вы возьмете рукой металлический стержень комнатной температуры, он покажется вам холодным из-за того, что тепловая энергия передается от вашей руки к стержню. Вибрация молекул в вашей руке вызывает увеличение скорости вибрации молекул внутри металла, что вызывает повышение температуры металла и понижение температуры вашей руки. По этой причине мы бы сказали, что металл является хорошим проводником.

Строительная изоляция, с другой стороны, не является хорошим проводником. Если бы вы взяли изоляцию рукой, она, скорее всего, была бы теплой или нейтральной из-за того, что вибрация молекул в вашей руке не может вызвать заметного увеличения вибрации молекул в изоляции. Нагрев или охлаждение за счет теплопроводности обычно происходит в оболочке здания (внешних стенах, окнах и дверях), где теплый или холодный воздух снаружи заставляет молекулы оболочки увеличивать или уменьшать вибрацию, что, в свою очередь, вызывает потерю или усиление тепла внутри здания. здание.

Примером теплопроводности, влияющей на температуру здания, является передача тепловой энергии через компоненты окна. Наружный воздух вступает в контакт с внешней поверхностью импоста, который передает энергию через металлы и стекло, которое передает энергию материалам внутренней отделки, соприкасающимся со импостом. По этой причине производители окон используют материал с терморазрывом. Термический разрыв является плохим проводником, поэтому тепловая энергия не проходит через него так легко. Тот же принцип применим ко всем строительным конструкциям: тепловое разделение имеет решающее значение для предотвращения потерь тепловой энергии на холодный наружный воздух.

Термический разрыв в импосте

Конвекция

Конвекция — это движение более теплых участков жидкости (жидкости или газа) к более холодным участкам жидкости. Движение может происходить естественным образом или может быть вызвано механическими средствами. Естественная конвекция происходит в жидкостях из-за того, что горячие жидкости будут подниматься через холодные жидкости, так как они имеют меньшую плотность. Затем холодные жидкости опускаются через горячие жидкости. Этот физический принцип очень эффективно используется в воздушных шарах, которые остаются в воздухе за счет поддержания температуры воздуха выше температуры окружающей атмосферы.

В зданиях конвекционное отопление осуществляется несколькими способами. Водяные и паровые радиаторы, а также плинтусные обогреватели используют конвекцию для передачи тепла по помещениям здания. Комнатный воздух контактирует с элементами обогревателя и получает тепловую энергию. Затем горячий воздух поднимается в пространстве и создает схему циркуляции в помещении. Механические средства также могут использоваться для обеспечения конвекции, например, использование принудительного воздушного отопления в домах и зданиях. В этом случае тепло вырабатывается с помощью печи, в которой используется вентилятор, который нагнетает нагретый воздух по всему зданию и в отдельные помещения по воздуховодам. Вентиляционные отверстия внутри комнат обычно располагаются на уровне пола, что позволяет горячему воздуху подниматься к потолку и вытеснять более холодный воздух.

Конвекция: плинтус для горячей воды

Излучение

Тепловое (тепловое) излучение создается молекулярным движением внутри любого физического объекта. Как отмечалось выше в разделе «Проводимость», скорость молекул в объекте увеличивается по мере того, как объект выделяет больше тепла. Чем выше температура, тем больше инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение распространяется со скоростью света, невидимо для человеческого глаза и перемещается по прямой из одной точки в другую. Тепловая энергия, исходящая от солнца, является примером лучистого тепла. Находясь за миллионы миль, мы можем чувствовать тепло солнца здесь, на Земле, хотя прямого контакта нет. Другим примером лучистого тепла является излучение теплого древесного угля, который может выделять значительное количество тепла, даже если он не излучает свет.

Тепловые лампы в жилых ванных комнатах являются примером технологии лучистого тепла, используемой внутри зданий. Тепловая энергия передается людям и поверхностям в помещении, которые находятся в пределах прямой видимости светильника. Нагревательная лампа не нагревает воздух; скорее, УФ-излучение направляется на объект и нагревает поверхность.

Излучение: Нагревательная лампа для ванной

Охлаждение

Охлаждение здания связано с той же физикой, что и отопление. Единственная разница в том, что вместо того, чтобы вводить тепло в пространство здания, мы отводим тепло из помещения. Это требует использования немного другого оборудования, но принципы те же. Кондиционирование воздуха является типичным средством отвода тепла из внутренних помещений и осуществляется с использованием принципов теплопроводности и использования жидкостного компрессора. При сжатии жидкость выделяет тепло, а при низком давлении поглощает тепло. Хладагент под низким давлением может циркулировать в змеевиках, расположенных на внутренней стороне здания. Затем вентилятор используется для пропускания строительного воздуха через змеевики. Благодаря конвекции теплый внутренний воздух передает тепловую энергию металлу, образующему змеевик, а металл в змеевике передает свою тепловую энергию жидкости. Затем эта жидкость проходит через компрессор и поступает в змеевики снаружи здания, где отдает тепло наружному воздуху. Цикл продолжается до тех пор, пока в помещении не будет достигнута желаемая температура, а строительный термостат подаст сигнал на отключение кондиционера.

Для получения дополнительной информации об охлаждении зданий ознакомьтесь с нашей статьей, описывающей, как работают кондиционеры.

Простая схема того, как работает охлаждение (кондиционеры воздуха) в зданиях

Системы охлаждения создают дополнительную сложность из-за физического процесса конденсации. Когда теплый воздух соприкасается с поверхностью с более низкой температурой, молекулы воздуха сближаются по мере его охлаждения. Если температура упадет до точки, где молекулы водяного пара в воздухе притягиваются друг к другу и соединяются, образуется жидкая вода. Точка, в которой это происходит, называется точкой росы. Конденсация — одна из причин, по которой холодная вода редко пропускается через систему отопления плинтуса для охлаждения воздуха; вы быстро закончите с лужами воды под катушками.

Для лучистого охлаждения требуются системы контроля влажности, поскольку на охлаждающих поверхностях может образовываться конденсат из-за разницы температур между прохладной панелью и более теплым воздухом. Датчики влажности воздуха и датчики температуры используются для обеспечения того, чтобы температура воздуха в помещении не падала ниже точки росы. Системы осушения необходимы для успеха лучистого охлаждения.

Статья обновлена: 29 мая 2021 г.

Помогите сделать Archtoolbox лучше для всех. Если вы обнаружили ошибку или устаревшую информацию в этой статье (даже если это всего лишь незначительная опечатка), сообщите нам об этом.

Полезные инструменты для архитекторов и проектировщиков зданий

Пассивное солнечное отопление | WBDG

Джуди Фосдик, Tierra Concrete Homes
Обновлено Федеральной программой управления энергопотреблением Министерства энергетики США (FEMP)

Введение

На этой странице

Введение
Описание
Применение
Эксплуатация и техническое обслуживание
Соответствующие нормы и стандарты
Дополнительные ресурсы

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

Пассивное солнечное отопление — это один из нескольких подходов к проектированию, которые в совокупности называются пассивным солнечным отоплением. При правильном сочетании эти стратегии могут способствовать обогреву, охлаждению и дневному освещению практически любого здания. Типы зданий, которые выигрывают от применения пассивного солнечного отопления, варьируются от казарм до крупных ремонтных сооружений.

Как правило, пассивное солнечное отопление включает:

Сбор солнечной энергии через правильно ориентированные окна, выходящие на юг.
Хранение этой энергии в «тепловой массе», состоящей из строительных материалов с высокой теплоемкостью, таких как бетонные плиты, кирпичные стены или плиточные полы.
Естественное распределение накопленной солнечной энергии обратно в жилое пространство, когда это необходимо, посредством механизмов естественной конвекции и излучения.
Спецификации окон для обеспечения более высокого коэффициента солнечного тепла при южном остеклении.

Пассивные системы солнечного отопления не имеют высокой первоначальной стоимости или длительного периода окупаемости, что характерно для многих активных систем солнечного отопления. Еще одним преимуществом пассивного солнечного отопления является повышенный комфорт пользователя. При правильном проектировании пассивные солнечные здания получаются яркими и солнечными и гармонируют с нюансами климата и природы. В результате меньше колебаний температуры, что приводит к более высокой степени стабильности температуры и тепловому комфорту. Предоставляя восхитительное место для жизни и работы, пассивные солнечные здания могут способствовать повышению удовлетворенности и производительности пользователей. Кроме того, пассивная солнечная конструкция не производит парниковых газов и замедляет истощение ископаемого топлива.

При проектировании пассивных солнечных батарей необходимо учитывать несколько моментов. Во-первых, для достижения максимальной эффективности система должна иметь максимальное воздействие солнечного света. Во-вторых, интенсивность солнечного света непостоянна, и система может перегружаться, что может неблагоприятно повлиять на определенные электроприборы, такие как кондиционеры и компьютеры. Однако с помощью опытных архитекторов и строителей, проектирующих пассивную солнечную энергию, пассивное солнечное проектирование стоит немногим больше, чем обычное проектирование зданий, и позволяет сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.

Лучше всего включить в здание пассивное солнечное отопление еще на этапе первоначального проектирования. Подход к зданию в целом оценивает его в контексте конструкции ограждающих конструкций (особенно окон), дневного освещения, а также систем отопления и охлаждения. Стратегии пассивного солнечного отопления обеспечивают дневное освещение и вид на улицу через удачно расположенные окна. Дизайн окон, и особенно выбор остекления, является решающим фактором для определения эффективности пассивного солнечного отопления. Пассивные солнечные функции, такие как дополнительные окна, выходящие на юг, дополнительная тепловая масса и свесы крыши, могут легко окупиться. В целом, пассивные солнечные здания часто менее дороги, если учитывать более низкие годовые затраты на энергию и техническое обслуживание в течение всего срока службы здания.

Этот обзор предназначен для предоставления конкретных сведений федеральным агентствам, рассматривающим пассивные технологии солнечного отопления в рамках нового строительного проекта или капитального ремонта.

Описание

Пассивные системы солнечного отопления используют компоненты здания для сбора, хранения и распределения солнечного тепла, чтобы снизить потребность в отоплении помещений. Пассивная солнечная система не требует использования механического оборудования, потому что поток тепла осуществляется естественными способами, такими как излучение, конвекция и теплопроводность, а аккумулирование тепла находится в самой конструкции.

Система пассивного солнечного отопления состоит из следующих ключевых компонентов, все из которых должны работать вместе, чтобы конструкция была успешной:

Отверстие (коллектор)
Абсорбер
Термическая масса
Распределение
Управление.

Пять ключевых элементов пассивного солнечного дизайна.

В системе пассивного солнечного отопления проем (коллектор) представляет собой большую площадь стекла (окна), через которую солнечный свет попадает в здание. Как правило, проем(ы) должны быть обращены в пределах 30° к истинному югу и не должны быть затенены другими зданиями или деревьями с 9°.до 15:00 каждый день в отопительный сезон.

Твердая, затемненная поверхность накопительного элемента известна как поглотитель. Эта поверхность, которая может состоять из каменной стены, пола или перегородки (материал с фазовым переходом) или резервуара для воды, находится на прямом пути солнечного света. Затем солнечный свет попадает на поверхность и поглощается в виде тепла.

Тепловая масса состоит из материалов, которые сохраняют или накапливают тепло, выделяемое солнечным светом. Разница между поглотителем и тепловой массой, хотя они часто образуют одну и ту же стену или пол, заключается в том, что поглотитель представляет собой открытую поверхность, тогда как тепловая масса представляет собой материал под этой поверхностью или за ней.

Распределение – это метод, с помощью которого солнечное тепло циркулирует от точек сбора и хранения к различным частям здания. Строго пассивная конструкция будет использовать исключительно три естественных режима теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и излучение. Однако в некоторых случаях вентиляторы, воздуховоды и воздуходувки могут помочь в распределении тепла по зданию.

Элементы, помогающие контролировать недогрев и перегрев системы пассивного солнечного отопления, включают свесы крыши, которые можно использовать для затенения проема в летние месяцы, электронные датчики, такие как дифференциальный термостат, который сигнализирует о включении вентилятора, работающие вентиляционные отверстия и заслонки, которые позволяют или ограничивают поток тепла, низкоэмиссионные жалюзи и навесы.

Как это работает?

Пассивные солнечные здания спроектированы таким образом, чтобы тепло поступало в здание в зимние месяцы и блокировалось солнце в жаркие летние дни. Этого можно достичь с помощью элементов пассивного солнечного дизайна, таких как затенение, большие окна, выходящие на юг, и строительных материалов, которые поглощают и медленно отдают солнечное тепло.

Пассивное солнечное проектирование

Включение концепции затенения в ваш ландшафтный дизайн может помочь уменьшить приток солнечного тепла летом и снизить затраты на охлаждение. Листья лиственных деревьев или кустарников, расположенные к югу от здания, могут помочь заблокировать солнечный свет и ненужную жару летом. Эти деревья сбрасывают листья зимой и позволяют увеличить приток солнечного тепла в холодные дни. Включение навесов, навесов, ставней и решеток в конструкцию здания также может обеспечить тень.

Шпалера с вьющейся лозой может затенять дом и обеспечивать циркуляцию воздуха.
Фото Джона Кригера, Saturn Resource.

Материалы с эффективной теплоизоляцией, такие как бетон или каменные плиты перекрытий, обладают высокой удельной теплоемкостью, а также высокой плотностью. Он идеально расположен внутри здания, где он подвергается воздействию зимнего солнечного света, но изолирован от потерь тепла. Материал пассивно нагревается солнцем и ночью отдает тепловую энергию внутрь помещения.

Самая важная характеристика пассивного солнечного дизайна заключается в том, что он является целостным и опирается на интеграцию архитектуры здания, выбора материалов и механических систем для снижения нагрузки на отопление и охлаждение. Также важно учитывать местные климатические условия, такие как температура, солнечная радиация и ветер, при создании чувствительных к климату энергосберегающих конструкций, которые могут питаться от возобновляемых источников энергии.

В климате, подходящем для пассивного солнечного отопления, используются большие окна, выходящие на юг, так как они подвергаются наибольшему воздействию солнца в любое время года. Хотя для работы пассивных систем солнечного отопления не требуется механического оборудования, для обеспечения естественного потока тепловой энергии можно использовать вентиляторы или воздуходувки. Пассивные системы, поддерживаемые механическими устройствами, называются гибридными системами отопления.

В пассивных солнечных системах используются базовые концепции, включенные в архитектурный дизайн здания. Обычно это здания с прямоугольной планировкой, вытянутые по оси восток-запад, застекленная южная стена, теплоаккумуляторы, подвергающиеся воздействию солнечного излучения, проникающего через южную сторону остекления, навесы или другие затеняющие устройства, которые достаточно затеняйте от летнего солнца остекление, выходящее на южную сторону, и окна на восточной и западной стене, а на северной стене, желательно, ни одного.

Чтобы достичь высокого процента пассивного солнечного отопления, необходимо включить в здания соответствующую тепловую массу. Конкретные рекомендации для этого включают следующее:

Подтвердите, что площадь тепловой массы в шесть раз превышает площадь сопутствующего остекления (когда это возможно). Для климата с туманными или дождливыми зимами требуется несколько меньшая тепловая масса.
Эффективно размещайте массу, гарантируя, что она нагревается непосредственно солнцем или распределяется тонким слоем по помещениям, в которых имеется большое количество солнечного коллектора.
Цвет поверхности массы не учитывать. Однако естественные цвета (например, цвета с коэффициентом поглощения от 0,5 до 0,7) весьма эффективны.
Встраивайте аккумуляторы тепла в полы или стены, состоящие из бетона, кирпичной кладки или плитки. Чтобы отражать свет и увеличивать пространство, стены обычно должны оставаться светлыми.

Размер площадей остекления, теплоизоляция, затенение и масса зависят от климата. Более высокие вклады в сбережение солнечной энергии потребуют большего количества остекления и массы. Имейте в виду, что зависимость между площадью стекла и массой не является линейной. Например, удвоение площади стекла может потребовать утроения эффективной тепловой массы.

Преобладает поверхностная нагрузка и внутренняя нагрузка

Существует два основных способа использования пассивного солнечного отопления: здания с преобладанием поверхностной нагрузки в холодном и умеренном климате и здания с преобладанием внутренней нагрузки в теплом климате. Для небольших зданий с преобладанием поверхностной нагрузки в холодном и умеренном климате пассивное солнечное проектирование часто предполагает использование солнечной энергии для обогрева помещений. Для других типов конструкций, таких как здания с преобладанием внутренней нагрузки в теплом климате, ответственный пассивный солнечный дизайн, скорее всего, будет делать упор на предотвращение охлаждения с использованием затеняющих устройств, высокоэффективного остекления и дневного освещения.

В конструкции с преобладанием поверхностной нагрузки потребление энергии в первую очередь определяется влиянием внешнего климата на оболочку здания, или «кожу». Примеры типичных зданий с преобладанием наружной нагрузки включают казармы и другое малоэтажное жилье, небольшие склады или небольшие торговые объекты.

В зависимости от климата пассивная солнечная конструкция зданий с преобладанием поверхностной нагрузки может включать:

Ориентация большего количества окон на юг
Затенение для защиты от летнего солнца
Включающие термически массивные строительные материалы
Обеспечение надлежащего размера и установленной изоляции
Уменьшение размеров оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Здания с преобладанием внутренней нагрузки, такие как образовательные учреждения, офисы или крупные торговые комплексы, часто потребляют большую часть своей энергии для обеспечения внутреннего освещения и обеспечения охлаждения для противодействия теплу, выделяемому людьми, подключаемыми нагрузками (например, компьютерами) , светильники и другие внутренние источники. Такие здания могут нуждаться в охлаждении круглый год. Обратите внимание, однако, что летом в хорошо затененное южное окно попадает меньше солнечной радиации, чем в такое же затененное окно на северной, восточной или западной стороне здания.

В зависимости от климата пассивная солнечная конструкция зданий с преобладанием внутренней нагрузки может включать:

Рабочие помещения с дневным освещением с правильно ориентированными и управляемыми окнами
Спецификация высокоэффективного остекления, которое снижает приток тепла и пропускает видимый свет
Выбор высокоэффективных систем HVAC
Включая соответствующие устройства затенения.

Типы и стоимость технологии

Существует четыре общих подхода к пассивному солнечному отоплению для зданий с преобладанием поверхностной нагрузки: (1) закаленное солнцем, (2) прямое усиление, (3) косвенное усиление и (4) изолированное усиление.

Четыре подхода к пассивному солнечному отоплению в зданиях с преобладанием поверхностной нагрузки

Защита от солнца достигается за счет небольшого увеличения окон, выходящих на юг. Дом застройщика обычно имеет около четверти окон на каждом фасаде с южным стеклом, равным примерно 3% от общей площади дома. В зависимости от климата, закаленный солнцем дом или казарма могут увеличить этот процент до 5-7%. В этом случае нет необходимости добавлять тепловую массу к базовой конструкции («свободной массы» гипсокартона и мебели достаточно для накопления дополнительного солнечного тепла) 9.0003
Прямое усиление — это основная форма пассивного солнечного отопления. Солнечный свет, поступающий через окна, выходящие на юг (в северном полушарии), попадает в отапливаемое помещение и накапливается в тепловой массе, встроенной в пол или внутренние стены. В зависимости от климата, общая площадь стекла прямого усиления не должна превышать 12% площади пола дома. Помимо этого, вероятны проблемы с бликами или выцветанием тканей, и становится все труднее обеспечить достаточную тепловую массу для круглогодичного комфорта.

Центр посетителей Сиона со стеной Тромба и окнами фонаря.

Система пассивного солнечного отопления с непрямым усилением (также называемая стеной Тромба или стеной с накоплением тепла) представляет собой обращенную на юг застекленную стену, обычно построенную из тяжелой каменной кладки, но иногда с использованием емкостей с водой или материалов с фазовым переходом. Солнечный свет поглощается стеной и в течение дня она медленно нагревается. Затем, постепенно охлаждаясь в течение ночи, он отдает накопленное тепло в течение относительно длительного периода времени косвенно в пространство.
Изолированное усиление, или солнечное пространство, пассивное отопление собирает солнечный свет в области, которая может быть закрыта от остальной части здания. Двери или окна между солнечным пространством и зданием открываются в течение дня для циркуляции собранного тепла, а затем закрываются на ночь, позволяя температуре в солнечном пространстве падать. Небольшие циркуляционные вентиляторы также могут использоваться для отвода тепла в соседние помещения.

Руководство по пассивному солнечному охлаждению и нагреву Arizona Solar Center содержит дополнительную информацию о пассивном солнечном дизайне. Теперь доступны наружные бетонные стены, которые изолированы снаружи для защиты бетона от погодных условий. Для обмена теплом с комнатным воздухом бетон должен быть открыт изнутри.

Применение

Стратегии пассивного солнечного отопления следует использовать только в случае необходимости. Пассивное солнечное отопление лучше работает в небольших зданиях, где конструкция оболочки контролирует потребление энергии. Это означает пространство, которое еще не обогревается занятыми людьми, светом, компьютерами и другими внутренними источниками тепла. Стратегии, такие как стены тромба, существуют для смягчения нежелательных бликов и чрезмерного притока тепла, но необходимо соблюдать осторожность при подаче солнечного тепла на рабочие места. Пассивное солнечное отопление часто используется в циркуляционных помещениях, таких как вестибюли и атриумы, коридоры, комнаты отдыха и другие типы помещений с низким внутренним теплопритоком, которые позволяют жильцам перемещаться вдали от солнца.

Основными типами зданий, которые могут получить наибольшую выгоду от применения принципов пассивного солнечного отопления, являются:

Казармы и другие малоэтажные дома в умеренном и холодном климате (места, в которых ежегодно бывает более 2000° дней)
Малая почтовая станция (PX) (менее 10 000 футов ² )
Склады
Средства технического обслуживания.

Экономика

Умеренные уровни пассивного солнечного отопления, также называемого солнечным закаливанием, могут снизить потребность здания в дополнительном отоплении с 5% до 25% с небольшими или нулевыми дополнительными первоначальными затратами и должны быть реализованы для всех небольших зданий в умеренном и холодном климате. . Здания с более агрессивным пассивным солнечным отоплением могут снизить потребление тепловой энергии на 25-75% по сравнению с типичной конструкцией, оставаясь при этом экономически эффективными в течение всего жизненного цикла. Этот подход следует рассматривать для многих небольших зданий в умеренном и холодном климате.

С помощью опытных архитекторов и строителей, проектирующих пассивную солнечную энергию, проектирование пассивной солнечной энергии стоит немногим больше, чем обычное проектирование зданий, и экономит деньги в долгосрочной перспективе. Однако в районах, где нет опытных архитекторов и строителей, использующих солнечную энергию, стоимость строительства может быть выше, чем для обычных зданий, и могут быть допущены ошибки при выборе строительных материалов, особенно оконного стекла. Например, пассивные солнечные дома часто строятся с использованием стекла, которое не пропускает солнечную энергию. К сожалению, это дорогостоящая ошибка. Правильный выбор стекла зависит от климата и того, с какой стороны здания (восток, запад, север или юг) оно установлено.

Летом или в стабильно теплом климате дневное освещение может увеличить потребление энергии в здании, увеличивая нагрузку на кондиционирование воздуха.

Оценка наличия ресурсов

В климате с ясным небом в зимний отопительный сезон и там, где альтернативные источники отопления относительно дороги, пассивное солнечное отопление, как правило, работает лучше всего и является наиболее экономичным вариантом.

Хорошим пассивным солнечным участком является тот, который позволяет своим солнечным поверхностям смотреть на истинный юг с минимальным количеством затенения в зоне доступа к солнцу. Обращения солнечных поверхностей на юг недостаточно для обеспечения их работоспособности; область к югу должна быть очищена от препятствий, которые могут препятствовать попаданию солнца на них. Зимой не должно быть значительных засоров между 9утра и 3 часа дня солнечное время.

Заграждения непосредственно к югу от здания необходимо располагать на расстоянии не менее 1,7 их высоты от поверхности во избежание затенения здания зимой. Препятствия, расположенные вдоль линий под углом 45° к востоку или западу от юга, должны быть удалены от здания не менее чем в 3,5 раза от их высоты, чтобы избежать затенения. Важно помнить, что солнце находится ниже в небе и зимой отбрасывает более длинные тени. Поэтому, даже если летом участок не затенен, зимой он может таковым не оставаться.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Пассивное солнечное отопление внедряется при первоначальном строительстве здания; следовательно, требуется очень мало обслуживания или внимания, помимо того, что требуется для оболочки здания в целом. Техническое обслуживание должно гарантировать, что участки, предназначенные для получения солнечного тепла, не будут затенены растительностью или другими препятствиями.

Соответствующие нормы и стандарты

Закон об энергетической политике от 2005 г. (EPACT)
UFC 3-440-03N Пассивные солнечные здания

Дополнительные ресурсы

Публикации

Руководство по пассивному использованию солнечной энергии, устойчивые источники

Учебные занятия

Обучение по Федеральной программе управления энергопотреблением

Оценка зданий и тематические исследования

Доступны оценки эффективности ряда зданий с пассивным солнечным отоплением Образцовая строительная программа Министерства энергетики США.