Создать теплограмму помещения моделях: Тепловизионный аудит загородного дома на утечки тепла

определяем и устраняем утечки тепла

Если в доме стало прохладно, то может быть пора поискать утечки тепла?
В этом поможет тепловизор — прибор, который регистрирует температуру объектов, создает теплограмму, на которой будет видно, где на стене, кровле, полу, окнах находится место, в котором происходит интенсивный теплообмен.

Кроме того, тепловизор поможет оценить, как нагреваются радиаторы, а значит как функционирует система отопления, а также система теплых полов, в которой нагреватели (кабель или водопроводная трубка) скрыты под стяжкой.

Также тепловизионная съемка поможет при неисправностях электросетей и электроприборов, при обследовании машин и механизмов, а в фермерских хозяйствах — для выявления заболеваемости животных.

Устройство тепловизора

Каждый объект излучает тепло — электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. Их мы увидеть не можем, но ощущаем как тепло. А тепловизор может их зарегистрировать и преобразовать в картинку на мониторе. Наиболее теплым местам соответствует красный цвет картинки, а наиболее холодным — синий.

Между этими цветами на картинке могут присутствовать еще максимум 6 цветов (всего 8), если задан максимальный диапазон измерения температур.

Тепловизор регистрирует тепловое излучение от объектов с помощью датчика болометра. Сигнал от которого, преобразовывается процессором в термограмму — съемку тепла с объекта — картинку, которую мы видим на мониторе.

Ее можно сохранить в памяти прибора, а затем передать на компьютер. Существуют специальные компьютерные программы, которые помогают просматривать и обрабатывать термограммы.

Также любой тепловизор включает в себя объектив с фокусировкой — чтобы настраиваться на съемку тепла по дальности, а также органы управления.

Профессиональные и промышленные тепловизоры стоят дорого — тысячи и десятки тысяч $. В основном потому, что в них используются дорогие материалы — платина, никель, германий. Но дешевенькую бытовую модель можно приобрести и за 300 $.

Нужно ли приобретать тепловизор?
Можно воспользоваться услугами профессионалов, у которых имеется прибор, пригласив их для решения проблем. Можно тепловизор взять и на прокат в строительной организации.

Но если предстоит ремонтировать несколько немаленьких зданий и затем контролировать их состояние, то приобретение бытового тепловизора будет выгодно.

Подготовка тепловизора к работе

Сперва необходимо задать в тепловизоре исходные данные его работы — температуру воздуха и влажность, расстояние до объекта. Дорогие модели могут настраиваться и сами. Температуру и влажность меряют термогигрометром, а расстояние — лазерным дальномером.

После этого вводится температурный диапазон измерений, например, от минус 10 град до плюс 40 градусов. Важно чтобы все температуры, которые имеются на исследуемом объекте, попали бы в этот диапазон. В противном случае картинка не будет отражать реальность.

Затем настраивается фокус объектива. Отдельные бытовые модели это могут сделать на автомате. Далее — цветовая палитра, т.е. количество используемых цветов. Чем больше заданный температурный диапазон, тем большее количество цветов используется.

Что нужно учитывать, при тепловой съемке

• Тепловую съемку зданий на предмет утечек тепла нужно проводить в холодное время года, чтобы разница температур снаружи и внутри объекта была бы не меньше 20 градусов.
  
• Работа отопительной системы должна быть стабильной, а здание нормально (при номинальной мощности отопления) прогревалось бы не менее 48 часов.
• На стенах и фундаменте не должно быть снега и инея, которые являются теплоизоляторами. Желательно, чтобы снега не было и на кровле.
• Все конструкции объекта должны быть сухими — испарение воды охлаждает объект.
• Исследование проводится только в сухую погоду, наличие тумана, осадков не допускается.
  
• Здание не должно подвергаться воздействию прямого солнечного света последние 12 часов перед съемкой, т.к. энергия солнца меняет нормальную температуру. Обычно тепловая съемка снаружи начинается ранним утром и должна быть закончена в зимнее время до 9 часов.
• Максимально допустимая скорость ветра — 7 м/с. Но рекомендуется проводить исследования при скорости потока воздуха с наветренной стороны до 4 м/с, т.к. движение воздуха охлаждает.
• Тепловая съемка производится на расстоянии от объекта согласно техническим рекомендациям прибора. Необходимо выбирать позицию, чтобы плоскости объекта были перпендикулярны оси съемки.

Тепловая съемка внутри здания — на что обратить внимание

Вначале желательно выделить и заснять базовый участок здания, который бы имел средние и примерно одинаковые по площади для здания (помещения) теплопотери. Обычно это часть глухой стены. Затем можно будет сравнивать отклонения цвета в других местах от базового участка.

Большинство тепла из здания уходит через кровлю. В первую очередь ведется съемка изнутри здания верхних углов кровли на мансардном этаже или потолочного перекрытия, а также и других элементов крыши.

Затем делаются теплограммы углов стен. Например, в деревянных домах в углах очень часто возникают утечки тепла из-за наличия щелей, рассыхания древесины.

Особое внимание уделяется окнам и дверному проему, так как все нарушения сплошности стены являются потенциальными мостиками холода.

Полы и нижние углы, также не должны быть забыты.

Все сделанные теплограмм необходимо правильно обозначать, во избежание потери информации и путаницы.

Тепловой аудит внутри помещения нужно проводит при выключенном освещении, т.е. в светлое время суток.

Типичные неполадки утепления, приводящие к утечкам тепла

Одна из классически проблем с утеплением — намокание утеплителя. Тепловизор может обнаружить целые участки кровли с холодной минеральной ватой. Обычно ситуация связана с нарушением вентиляции утеплителя.

Иногда достаточно разрезать гидроизоляцию под коньком, которую почему то положили всплошную, закрыв вентиляционые зазоры над утеплителем. Более сложный случай — неправильная конструкция утепления кровли или вентилируемого фасада.

Также возможно и нарушение фасадного ограждения и промочка утеплителя осадками, в т.ч. и нарушение штукатурного слоя и замокание пенопласта (мокрый фасад).

Распространенная проблема с утечкой тепла по контуру окон и дверей. Этот шов задувается монтажной пеной, но нормальная регуляция движения пара в шве (изолятор изнутри, перфорен снаружи) редко когда осуществляется. В результате монтажная пена напитывается водой и разрушается.

Отсутствие тщательности при выполнении утеплительных работ — обычное дело. Бывают утечки тепла по углам — недостаточный нахлест утеплителей смежных стен.

Уходит тепло по сопряжению стен с кровлей — над мауэрлатом обычно лень утеплить, отсутствует сопряжение утеплителя на чердаке и по стене. Холодные углы полов внизу — цоколь редко когда утепляется должным образом. Стена в целом холодная при сухом утеплителе — оставлены щели между плитами утеплителя, недостаточная толщина утеплителя.

В общем, в утеплении много нюансов, и все недочеты нужно устранить в процессе монтажа. Но проблемы могут появиться и в процессе эксплуатации здания. Сделать дом более теплым поможет тепловизор.

Проверка дома аэродверью ✅ стоимость теста и исследования тепловизором, методика и ГОСТы

Что такое аэродверь?

Как работает связка: тепловизор с аэродверью?

Отличительные особенности обследования с аэродверью

Плюсы

Минусы

Какие модели аэродвери есть на нашем рынке

Как проходят испытания

Какие дома можно обследовать

Методика проверки

ГОСТы и нормативы

Советы и рекомендации

Цена на тепловизионное обследование

Что такое аэродверь?

Тепловизионное обследование построек или отдельных помещений способно показать места утечек тепловой энергии, невидимые невооруженным глазом. Однако, эффективность такой проверки не может дать 100-процентный результат. Причиной этого являются помехи, образованные скоплениями теплого воздуха.

Ярким примером подобных погрешностей можно считать проверку кровли — даже если на ней существуют отверстия, через которые уходит теплый воздух, увидеть их с помощью тепловизора крайне сложно. Мешает теплый воздух, поднимающийся вверх и отсекающий точки теплопотерь.

• Поиск труб отопления тепловизором
• Проверка окон тепловизором

Если на улице дует ветер, показания тепловизора резко меняются — холодный наружный воздух начинает поступать внутрь и проявлять места с пониженной температурой. Подобным образом можно обнаружить дефекты установки оконных или дверных блоков, угловых соединений стен и т. д. Однако, благоприятных условий для такой проверки можно ждать очень долго — в обычном состоянии внутреннее давление выше, чем наружное, и воздух выходит наружу, а не поступает внутрь.

Для создания в помещении пониженного давления существует специальное приспособление — аэродверь.

С точки зрения конструкции, это перемычка из ткани или пластика, с врезанным в ее плоскость вентилятором. Ее вставляют в проем, а все форточки, окна, вентиляционные каналы и прочие отверстия плотно закрывают. После этого запускают вентилятор в определенном режиме, создавая в помещении повышенное или пониженное давление (в зависимости от целей проводимого исследования). Остается лишь произвести необходимые измерения (или теплосъемку), чтобы получить необходимые данные.

Необходимо учесть, что аэродверь используется не только для обнаружения утечек тепла (или аудите энергоэффективности). Она применяется в самых разных целях — от определения кратности воздухообмена, до проверки состояния вентиляции или плотности ограждающих конструкций.

Как работает связка: тепловизор с аэродверью?

Обычное использование аэродверей позволяет установить разницу в объемах притока (с помощью вентилятора) и вывода воздуха из незаметных отверстий (рассчитывается по скорости падения давления в помещениях). Однако, эта процедура довольно сложная, требующая сложных вычислений. Кроме того, она не способна точно показать места утечек.

Если аэродверь используется в связке с тепловизором, ситуация резко меняется. Вместо нагнетания, воздух из помещения выводят и создают пониженное давление. Следствием этого становится поступление холодного наружного воздуха внутрь помещений. Если сразу же произвести теплосъемку, станут хорошо виды все проблемные участки, ранее отсеченные слоями теплого воздуха.

Такая процедура не требует никаких расчетов и производится гораздо быстрее. На теплограмме можно увидеть все дефекты внешних ограждений — стен, кровли, оконных или дверных блоков. Оба устройства — тепловизор и аэродверь — отлично дополнят друг друга, обеспечивая результат, недоступный при отдельном их использовании. Единственной задачей станет создание наиболее благоприятных условий для проведения исследований.

Отличительные особенности обследования с аэродверью

Основной особенностью обследования является создание максимально возможной непроницаемости наружных конструкций. Это иногда оказывается очень сложной задачей, особенно в деревянных домах из бруса и бревен. Немало сквозных отверстий в стенах из штучных элементов (шлакоблоков, пено- или газобетона), которые строили нерадивые или неумелые работники. Если стены не обладают должной плотностью, создать пониженное давление в комнате становится сложно, и эффективность теплосъемки резко снижается.

Еще одной специфической особенностью является необходимость разных температур внутри и снаружи дома. если обследование производится летом, в жаркую погоду, увидеть утечки тепла будет практически невозможно. Поэтому, работы следует производить осенью или зимой.

Еще один важный момент — теплосъемку можно совместить с другими исследованиями, в ходе которых используется аэродверь. Например, определить кратность воздухообмена, или проверить состояние вентиляционной системы.

Рекомендуется выполнить наибольший объем работ (из возможных вариантов), чтобы использовать аэродверь с максимальной эффективностью и отдачей.

Плюсы

К числу плюсов аэродвери следует отнести:

• большое количество доступных исследований
• высокая точность, информативность проверки
• возможность обнаружить утечки, которые в обычных условиях найти нельзя
• в ходе одного обследования могут быть проверены разные системы и конструкции, что не повлияет на результаты
• при совмещении аэродвери и тепловизионной съемки результаты появляются сразу и не требуют дополнительных расчетов
• существуют разные модели аэродверей, отличающиеся по размеру рамки, количеству и мощности вентиляторов

Основным плюсом аэродвери следует считать универсальность и уникальность применяемой методики — других способов обследования, дающих такие комплексные результаты и самые разные показатели, на сегодня не существует.

Минусы

Недостатков у аэродверей сравнительно мало. Причиной этого является специфическая конструкция и назначение — оно слишком особенное, рассчитанное на использование в строго определенных целях. Основные минусы аэродверей:

• каждое полотно рассчитано под проем определенного размера
• на установку и демонтаж уходит немало времени (иногда его требуется больше, чем на само обследование)
• некоторые виды исследований нуждаются в выполнении сложных расчетов и не дают достаточно четких результатов
• размеры аэродвери и сопутствующего оборудования достаточно велики, что вынуждает специалистов использовать соответствующий автотранспорт для перевозки в разные помещения
• цена комплекта аэродверей довольно велика — например, модель RETROTEC EU6101 обойдется примерно в 800 000 ₽
• стоимость самого обследования с использованием аэродвери и тепловизионной съемки также очень велика, что делает процедуру доступной далеко не всем желающим

Несмотря на некоторые недостатки, специалисты считают аэродвери весьма эффективными и перспективными устройствами. Многие исследования, которые можно проводить с их помощью, никак иначе не произвести. Если учесть, что весь комплект мобилен и может транспортироваться в любые здания и сооружения, эффективность и практичность аэродверей очевидны.

Какие модели аэродвери есть на нашем рынке

Аэродвери принято различать по типу рамки, материалу полотна и количеству (модели) вентилятора. Как правило, рамка раздвижная, позволяющая подогнать размер двери к параметрам данного проема. Материалом полотна чаще всего служит плотная синтетическая ткань со специальной пропиткой. Она имеет достаточную плотность и прочность, но весит очень мало и может легко переноситься в сумке.

Количество вентиляторов колеблется от 1 до 3 — столько вмещает площадь полотна аэродвери. Чем их больше, тем выше производительность по воздуху. Это означает, что аэродверь способна быстро изменить давление воздуха в помещении определенного объема. Для обследования крупных помещений нужны модели с тремя вентиляторами, для маленьких строений — достаточно одного.

Используются осевые конструкции, которые устанавливают для нагнетания или выведения воздушного потока (в зависимости от характера производимых исследований).

Наибольшей популярностью пользуются аэродвери Retrotec, представляющие собой комплекты из полотна с вентиляторами и сопутствующего оборудования. Выбор определенной модели определяется видом предстоящих исследований и условиями работы.

Как правило, стараются подобрать аэродверь с максимальным соответствием возможностей и стоимости. Цены на них достаточно велики, поэтому, приходится искать «золотую середину», чтобы сэкономить деньги.

Как проходят испытания

Тепловизионная съемка дома с применением аэродвери производится в несколько этапов. Сначала выполняют обычное обследование и делают теплосъемку без аэродвери. На этом этапе обнаруживаются явные дефекты ограждающих конструкций или ошибки монтажа окон, дверей, вентиляции. Этот этап необходим для того, чтобы впоследствии не отвлекаться на серьезные дефекты и сосредоточиться на поиске скрытых утечек тепла.

Следующим шагом становится герметизация всех отверстий — плотно закрывают окна и форточки, вентиляционные каналы, двери. Процедуру производят над всеми отверстиями, ведущими наружу. Внутренние же двери, наоборот, открывают, чтобы никаких препятствий для перемещения воздушных потоков внутри дома не было.

Затем производится установка и запуск аэродвери. Она создает разрежение, из-за которого через неплотности внутрь поступает холодный воздух. Возникают условия для наиболее четкой и информативной теплосъемки. Остается лишь снять теплограмму и определить проблемные участки, которые подлежат утеплению.

Какие дома можно обследовать

Обследовать аэродверью можно любые постройки и сооружения. Изменения давления воздуха внутри помещений не настолько велико, чтобы появлялась опасность для состояния строительных конструкций. Все работы могут производиться без всякого риска.

Однако, эффективность обследования резко падает, если производится обследование необшитых построек из бруса или бревна. Они изобилуют щелями, сквозь которые воздух быстро выводится наружу (или поступает внутрь). В таких условиях невозможно создать стабильный перепад давлений и произвести теплосъемку.

Поэтому, перед началом выполнения работ необходимо обследовать ограждающие конструкции и оценить их плотность, способность удерживать воздушные потоки. Кроме того, следует убедиться в отсутствии крупных отверстий, наличии всех окон, дверей, возможности герметизации технологических отверстий и т. п.

Методика проверки

Существует два основных метода проверки помещений:

• с созданием избыточного давления. Как правило, этот метод позволяет обнаружить перегретые места на фасаде или кровле дома
• с понижением давления и поступлении внутрь холодного наружного воздуха. Этот способ показывает дефекты соединений или монтажа конструкций внутри дома

Оба варианта дают вполне четкую картину и показывают места утечек тепловой энергии. Их можно совместить, чтобы получить максимально полную теплограмму и увидеть все дефекты как изнутри, так и снаружи. Главным условием является правильный выбор времени для поведения исследований. Надо выбрать день с достаточно низкой температурой воздуха, но без ветра, тумана или осадков. Как правило, работу выполняют в утренние или вечерние часы — это способствует большей чистоте исследования.

ГОСТы и нормативы

Основными нормативами, которыми принято руководствоваться при выполнении тепловизионных обследований помещений с применением аэродвери, являются:

• ГОСТ Р 54852-2011 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций»
• СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Это документ, устанавливающий технический рамки выполнения работ и дающий четкий порядок действий
• ГОСТ 26254-84 «Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». Здесь дается методика математических расчетов, позволяющих с максимальной точностью определить величину теплопотерь
• ГОСТ 26629-85 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». Стандарт определяет порядок контроля за состоянием теплоизолирующих материалов
• ГОСТ 25380-82 «Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции». В этом нормативе дают правила выполнения теплографического обследование зданий и сооружений
• РД-13-04-2006 «О порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах». Рабочая документация, которая рассматривает особенности исследований на технических объектах повышенной опасности

Есть еще один стандарт, более современный и разработанный с учетом конструкционных особенностей оборудования. Это ГОСТ Р 54852-2011 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». Он не просто является переизданием ГОСТ 26629-85, поскольку включает в себя новые разделы с рассмотрением ранее не используемых технологий и методик.

Организации, производящие тепловизионную съемку с применением аэродверей, руководствуются этими документами в зависимости от типа здания и от особенностей выполнения работ. Кроме этого, в обязательном порядке выполняются все рекомендации производителей оборудования — как тепловизоров, так и аэродверей.

Советы и рекомендации

Применение аэродверей делает тепловизионную съемку более точной и эффективной. Ее рекомендуется производить заказчикам во время приемки строений у подрядчика. Также можно произвести обследование построек с большим сроком эксплуатации — это даст возможность определить все слабые места и неплотности.

Эффективность и качество обследования в большой степени зависят от внешних условий. Надо учитывать температуру воздуха и погоду — дождь или туман способны изменить показания тепловизора. Если условия неблагоприятны, выполнение исследований лучше перенести на другой день.

Обследование может производиться как в отдельной комнате, так и во всем доме. В данном случае выбор является прерогативой клиента. Однако, рекомендуется производить полное обследование — полученные результаты позволят узнать о наличии и характере имеющихся дефектов. По данным теплосъемки можно принимать решение о проведении ремонтных работ.

Еще одним аргументом в пользу полного обследования является возможность создания надежной доказательной базы при проведении судебного заседания. Застройщик, допустивший ошибки при выполнении работ, не сможет опровергнуть результаты тепловизионного обследования — они дают бесспорную и точную картину имеющихся утечек тепла.

Цена на тепловизионное обследование

Актуальные цены на в прайс-листе на нашем сайте.

Есть вопросы? Позвоните нам!

Строительная компания «Крыша.Про» ремонтирует кровли и фасады, строит дома под ключ с гарантией.
⬇ Бесплатная консультация нашего инженера ⬇

📲 WhatsApp

☏ +7 915 289-02-13

Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies

Новый TRENCHSTOP™ IGBT7 H7, 1200 В

TRENCHSTOP™ IGBT7 H7, 1200 В, предназначен для применения в системах обезуглероживания, таких как фотогальваника

Скачать техническое описание

PCIM Europe 2023

С 9 по 11 мая. Зал 7 / Стенд 412. В этом году мы все о декарбонизации и цифровизации

Полная программа здесь

Приборная панель TRAVEO™ T2G

TRAVEO™ T2G предлагает более высокое разрешение дисплея, превосходную производительность и несколько дисплеев с динамическим контентом. Все это при меньшем энергопотреблении и меньшем объеме памяти

Узнать больше

Формирование будущего мобильности

Мы сертифицированы по ISO/SAE 21434, международному стандарту систем управления кибербезопасностью в автомобильной отрасли

Открой для себя больше

Высококачественный звук для интеллектуальных устройств

Микрофоны XENSIV™ MEMS со сверхнизким уровнем шума и сверхнизким энергопотреблением обеспечивают высокое качество звука при вызове, активное шумоподавление и длительное время работы от батареи

Посмотреть вебинар по запросу

SECORA™ Pay теперь доступна с технологией 28 нм

Мы расширяем портфолио решений SECORA™ Pay, используя технологию 28 нм для лучшей производительности транзакций в сочетании с простым в интеграции полносистемным решением

Узнать больше

Новости

03 апреля 2023 г. | Business & Financial Press

Infineon оптимизирует свой профиль обезуглероживания: подразделение промышленных приложений будет работать под названием Green Industrial Power (GIP)

28 марта 2023 г. | Business & Financial Press

Устойчивая динамика бизнеса: Infineon ожидает более сильных результатов за второй финансовый квартал и весь 2023 финансовый год

Новости рынка

23 марта 2023 г. | Новости рынка

Infineon AIROC™ CYW20829 SoC Bluetooth LE с новейшей спецификацией Bluetooth 5.4

Посетите Infineon в Twitter

Пассивное солнечное отопление | WBDG

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

Введение

На этой странице

• Введение
• Описание
• Приложение
• 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 отличаются высокой начальной стоимостью или длительным периодом 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.

Пассивное солнечное отопление лучше всего включить в здание при первоначальном проектировании. 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)
• Амортизатор
• 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 хранят 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 сенсорные устройства, 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

Использование концепции затенения в вашем ландшафтном дизайне 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.

Наиболее важной характеристикой пассивного солнечного дизайна является то, 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 достаточную 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 комнатам, в которых имеется большое количество солнечного света.
• 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.

Размеры стеклянных площадей, показатели изоляции, затенение и масса зависят от климата. Более высокие вклады в экономию 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.

Доминирует 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 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:

• Дневное освещение рабочих мест 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

1. 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) 9.0005

2. Прямая выгода является самой простой формой 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.

3. 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.

4. 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 дополнительными первоначальными затратами или без них 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.

Рекомендации по проектированию

Ниже приведены общие рекомендации, которым следует следовать при использовании технологии пассивного солнечного отопления.

• Уделите особое внимание конструкции прочной энергосберегающей оболочки здания.
• Устранение проблем с ориентацией при планировании площадки. Максимально уменьшить остекление с восточной и западной сторон и защитить проемы от господствующих зимних ветров.
• Установите воздухонепроницаемое уплотнение вокруг окон, дверей и электрических розеток на наружных стенах. Используйте входные вестибюли и держите все воздуховоды в изолированной оболочке здания, чтобы обеспечить тепловую целостность. Рассмотрите возможность проведения испытаний моделей домов с помощью вентилятора, чтобы продемонстрировать герметичность и минимизировать потери в воздуховодах.
• Укажите окна и остекление, которые имеют низкие значения коэффициента теплопередачи (значения U), но при этом допускают достаточный уровень поступающего солнечного излучения (более высокий коэффициент солнечного тепла [SHGC]). Следует обращаться к таким источникам данных, как Справочник сертифицированных продуктов Национального совета по рейтингу оконных конструкций, для получения проверенных значений производительности. Количество остекления будет зависеть от типа здания и климата.
• Убедитесь, что южное остекление в здании с пассивным использованием солнечной энергии не способствует повышенному охлаждению летом. Во многих районах затенение летом так же важно, как и допущение солнечного усиления зимой. Используя приведенный ниже рисунок свеса, используйте летний (B) и зимний (A) угол наклона солнечных лучей для расчета оптимальной конструкции свеса.

Планы солнечных секций и углы южного свеса

• Избегайте перегрева. В жарком климате здания с большой площадью остекления могут перегреваться. Обязательно сведите к минимуму количество окон, выходящих на восток и запад, и правильно установите размер затеняющих устройств. Для больших зданий с высоким внутренним теплопритоком пассивный приток солнечного тепла является проблемой, поскольку он увеличивает затраты на охлаждение больше, чем сумма, сэкономленная на обогреве помещений.
• Исполнение для естественной вентиляции летом с открывающимися окнами, предназначенными для перекрестного проветривания. Потолочные вентиляторы или вентиляторы с рекуперацией тепла обеспечивают дополнительное движение воздуха. В климатических условиях с большими суточными перепадами температуры открывание окон на ночь отдает тепло прохладному ночному воздуху, а закрытие окон в жаркие дни естественным образом сохраняет прохладу в здании.
• Обеспечьте естественное освещение каждой комнате. Некоторые из наиболее привлекательных зданий с пассивным солнечным отоплением включают в себя элементы как прямого, так и косвенного усиления. Это может обеспечить каждому пространству качество света, соответствующее его функции.
• Удлините здание (если возможно) вдоль оси восток-запад, чтобы максимизировать высоту южной стороны и количество окон, выходящих на юг, которые можно включить.
• Планируйте активные жилые или рабочие зоны на южной стороне здания, а менее часто используемые помещения, такие как складские помещения и ванные комнаты, на северной стороне. Держите окна, выходящие на юг, в пределах 20 ° в любую сторону от истинного юга.
• Улучшите эксплуатационные характеристики здания за счет использования высокоэффективного низкоэмиссионного остекления или ночной подвижной изоляции для снижения потерь тепла через стекло в ночное время.
• Расположите препятствия, такие как озеленение или заборы, чтобы полное воздействие солнца было доступно для южных окон с 9:00 до 15:00. для максимальной солнечной энергии зимой.
• Предусмотрите навесы или другие приспособления, такие как шпалеры или лиственные деревья, для затенения летом.
• Уменьшите инфильтрацию воздуха и обеспечьте надлежащий уровень изоляции стен, крыш и полов. В качестве отправной точки для определения соответствующих уровней изоляции проверьте минимальные уровни в Типовом энергетическом кодексе Совета американских строительных чиновников.
• Выберите вспомогательную систему (HVAC), которая дополняет эффект пассивного солнечного нагрева. Не поддавайтесь желанию увеличить размер системы, применяя «эмпирические правила».
• Убедитесь, что имеется достаточное количество тепловой массы. В зданиях с пассивным солнечным отоплением с высоким вкладом солнечной энергии может быть трудно обеспечить достаточное количество эффективной тепловой массы.
• Дизайн, защищающий от солнечных бликов. Расстановку комнат и мебели необходимо планировать таким образом, чтобы солнце не ослепляло оборудование, такое как компьютеры и телевизоры.

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

Пассивное солнечное руководство, устойчивые источники

Учебные занятия

Обучение Федеральной программы управления энергопотреблением

Оценка зданий и тематические исследования

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