Пассивные гелиосистемы используются только для ото­пления. Их кратко называют ПССО — пассивные системы солнечного отопления. В этих системах теплота поглоща­ется и аккумулируется самими строительными элемента­ми здания, а распределение ее в отапливаемом помещении происходит чаще всего естественным путем. Пассивная си­стема отопления отличается простотой, ее эффективность достаточно высока — она обеспечивает до 60 % отопитель­ной нагрузки [56, 132].

Принцип пассивного использования солнечной энер­гии состоит в непосредственном нагревании ограждающих конструкций солнечной радиацией с последующей переда­чей теплоты в обогреваемое помещение.

Обзор литературы [3, 9, 51, 132] позволяет выделить следующие типы пассивных систем солнечного отопления:

— открытые (прямое облучение);

— закрытые без циркуляции теплоносителя (система Моргана);

— массивные системы: стена Тромба-Мишеля (с экра­ном и без экрана); закрытые системы с аэродинамическим затвором; стена Лефевра; с аккумулятором (в грунте или в объеме здания) и с воздушным теплоносителем; оранжерея.

а — без экрана; 6-е теплоприемным экраном; 1 — остекление; 2 — стена здания; 3 — циркуляционные кана­лы; 4 — теплоприемный экран
1 — стена; 2,6 — входной и выходной воздушные каналы; 3 — межстеколь­ное пространство; 4 — стекло; 5 — те­плоприемный экоан; 7 — тепловая изоляция; 8 — аэродинамический затвор

Рис. 1.72.

Система Лефевра:

1 — остекление; 2 — теплона­копительная стена; З — тепло­изоляция; 4 — теплоаккуму­лирующее покрытие

В открытых системах солнечные лучи попадают в по­мещение через увеличенные оконные проемы и нагревают строительные конструкции. Последние становятся прием­никами и аккумуляторами теплоты.

В закрытых системах поток солнечной радиации по­глощается мощной ограждающей конструкцией, которая одновременно является аккумулятором теплоты.

Недостатком открытых систем является неустойчивость теплового режима, сильная зависимость от солнечной ин­соляции (рис. 1.68). Поэтому большее распространение по­лучили закрытые системы солнечного отопления. Здание с пассивной системой без циркуляции теплоносителя было построено А. Е. Морганом в 1961 г. (рис. 1.69). В дневное время поток солнечной радиации нагревает массивную сте­ну здания, а в ночное время эта теплота передается поме­щению. Как показал опыт эксплуатации здания, внутрен­ний воздух в помещении нагревается неравномерно.

Более удачное решение представляет собой система Тромба-Мишеля. Такой «солнечный дом» имеет различ­ные конструктивные решения (рис. 1.70, 1.71). По анало­гичному принципу построена система Лефевра (рис. 1.72). Верхняя часть наружной стены, ориентированной на юг, имеет двухслойное остекление. Наружная стена вместе с перекрытием являются аккумуляторами теплоты.

Схемы установок с аккумулированием теплоты показа­ны на рис. 1.73.

Теплоаккумулирующая стена может быть выполнена в виде контейнеров, заполненных водой. Накопленная кон­тейнерами теплота солнечной радиации передается в поме­щение за счет конвекции (рис. 1.74, а).

Другой вариант такой системы отличается тем, что пло­ская крыша используется в качестве водяного аккумуля­тора и называется «скайтер» (рис. 1.74, б).

Разновидностью системы с контейнерами, заполненны­ми водой, является, так называемый, термодиод. Он состо­ит из двух контейнеров с водой, разделенных слоем изоля­ции и соединенных между собой вверху и внизу трубчатым канатом (рис. 1.75).

Вариант совмещения пассивной гелиосистемы с акку­мулятором при свободной циркуляции воздушного тепло­носителя показан на рис. 1.76.

Весьма перспективно в России внедрение так называе­мого «солнечного» жилого дома. Это позволит снизить энергопотребление на нужды фермерского домашнего хо­зяйства до 15 % настоящего уровня. В качестве примера рассмотрим потери теплоты, кВт’ч/год, жилого дома пло­щадью 120 м2 в сельской местности на широте 55-60° [77].

При сооружении здания с ПССО следует учитывать ряд требований, предъявляемых к этим системам.

Необходимо уточнить ориентацию здания, его распо­ложение на местности с учетом климатических условий данного региона и степень инсоляции всего здания, а так­же влияние здания на существующую застройку и влия­ние окружающей среды на здание. Если гелиоприемники расположены на южной и восточной стенах, то восточная стена, например, может полностью затеняться рядом стоя­щим зданием. В этом случае следует менять ориентацию «солнечного дома».

Весьма существенно проанализировать тепло­вой баланс здания с целью уменьшения до мини­мума потерь теплоты, в том числе неоправданных. К примеру, можно сократить площадь оконных проемов, уменьшить неплотности в оконных проемах и наружных ограждениях.

Эффективность и надежность пассивной системы в зна­чительной степени определяется поглощающей способно­стью стены теплоприемника. Его, как правило, покрывают черной краской.

Если аккумуляторы сооружаются в грунте или в объеме здания, то необходимо учитывать теплоемкость материала аккумулятора; выбирать наиболее рациональные режи­мы подачи и отбора теплоты; размещать аккумулятор так, чтобы исключить неоправданные потери теплоты. Следу­ет принять во внимание, что размещение аккумулятора в грунте требует, как правило, механической вентиляции для транспортировки воздуха [14, 15]. Размещение акку­мулятора в объеме здания дает больший эффект, так как теплота от аккумулятора направляется непосредственно в помещение. Однако такой аккумулятор довольно сложно вписать в объем здания [9].

Метод расчета пассивных систем солнечного отопления приведен в работах [2, 9, 56].

Часть 2