Основы дизайна пассивного солнечного коллектора
За последние тридцать лет о гелиотехнологии было написано больше книг, чем Вы можете представить, но, если бы на каждые пять книг строили хотя бы один функциональный солярный дом, это было бы удивительно.
И, тем не менее, у каждого архитектора, которого мы знаем, есть полка, забитая такими книгами, в некоторых книжных магазинах есть целые отделы, посвящённые гелиоархитектуре, и все они размещены в зданиях, обогреваемых энергией, получаемой из атомных реакций, нефти Персидского залива и угольной разработки в Вайоминге.
Можно прочесть бесконечные статистические данные о Британских Тепловых Единицах и R-величине, Американском Обществе Инженеров по Отоплению, Охлаждению и Кондиционированию Воздуха и Американском Институте Астронавтики и Аэронавтики, киловатт-часах и инфильтрации, насосах и коллекторах, электрических вышках и основаниях из гравия.
Вы даже можете потратить $189 на причудливые наборы прозрачных графиков, на которых вы можете прочесть, где именно находится солнце в любое время на любой широте, причём, Вам совсем необязательно выглядывать из окна.
При таком количестве детальной информации, почему мы её не используем? Возможно, отпугивает её сложность, поэтому, большинство людей избегают этой темы вообще. Вместо этого, мы просто включаем печку.
Будьте проще! Избавьтесь от полки с книгами о гелиоархитектуре. Для большинства из нас они не нужны.
Эти принципы — настолько просты, что стыдно всё усложнять ненужными деталями. Вы можете выучить всё, что Вам понадобится, минут за десять.
1. Участок, выходящий на юг. При выборе участка под строительство, выбирайте такое место, где есть солнце утром и в середине дня в прохладное время года.
Следовательно, не выбирайте склоны, смотрящие на север, и избегайте северо-западных, северо-восточных или западных склонов.
Ищите участок со склоном, смотрящим на юг, юго-восток, восток или юго-запад, в том порядке, в котором они приведены здесь, хотя, в очень жарких климатах может подойти и небольшой северный или северо-восточный склон.
2. Вы должны полностью видеть небо. Удостоверьтесь, что небо видно почти беспрепятственно.
Встаньте лицом к солнечному югу, это значит, лицом в направлении, где солнце достигает высшей точки в небе каждый день, около полудня зимой, в 13:00 в летнее время (заметьте, что это не совсем одно и то же, что магнитный юг.)
Это должно быть направление, куда будет смотреть южная стена Вашего дома. Вытяните руки прямо перед собой, под прямым углом друг к другу. Ваши руки буду указывать на юго-восток и юго-запад.
Между руками нужно, чтобы было видно 80 процентов неба выше дуги пути солнца зимой и ниже линии пути солнца летом (которая, примерно, на 45 градусов выше зимней дуги).
Если, в данный момент — не зима, как Вы можете предсказать линию зимнего солнца?
В середине зимы, в полдень, солнце будет строго на юге. Над Арктическим Кругом (АК) оно будет на горизонте.
На широте вашего участка, соответственно, высота Солнца над горизонтом будет определяться разностью широт АК и вашего участка.
Круг находится на широте 66 градусов, поэтому, если Ваш участок находится на 40 градусах широты, в полдень, в середине зимы, солнце находится на 26 градусов выше горизонта.
Если Вы находитесь на широте 30 градусов, полуденное солнце никогда не опускается ниже 36 градусов.
Или понаблюдайте за путем полной луны летом, ибо, Луна движется по пути, по которому Солнце будет следовать ровно 6 месяцев спустя.
Как определить, где будет проходить путь зимнего солнца? В прямом угле 90 градусов, между горизонтом и линией, мысленно проложенной прямо из головы вверх.
Половина составляет, как легко предположить, 45, половина от 45 — равняется 22.5. Остальное Вы можете и сами посчитать.
3. Вставляйте Окна в Южную Стену Не Слишком Высоко. Большую часть окон нужно вставлять в южную стену дома, некоторые окна в восточную, а в северной и западной стенах — должно быть, как можно меньше окон, как можно меньшего размера.
«Но, у меня лучший вид открывается на северо-запад».
Хорошо, не нужно терять этот вид, посмотрите раздел по проектированию маленьких смотровых окошек в главе 14.
Почему нельзя делать большие окна с западной стороны?
Потому что, за исключением тех случаев, когда лето в Вашей местности очень прохладное (районы высоко в горах или на побережье северо-западных островов), Ваш дом перегреется из-за низкого солнца на западе в то время дня и года, когда на улице и без того очень жарко.
В жарком климате ограничьте количество окон, выходящих на восток тоже, иначе, будет перегрев в начале дня.
Если в доме больше одного этажа, окна, выходящие на юг, должны быть вставлены в стену по возможности низко, чтобы отапливалась нижняя часть дома.
Внутри здания тёплый воздух будет подниматься без помощи. Перегретый второй этаж охлаждает первый этаж, слишком быстро засасывая теплый воздух.
4. Используйте Вес Себе на Пользу. Используйте большие массы материала внутри здания, особенно в местах прямого попадания солнечных лучей.
Полы на южной стороне, внутренние стены, толстый слой штукатурки внутри и стены Тромба — всё должно быть тяжёлым, из геологических, а не биологических материалов.
Любой пол, куда будет попадать прямое солнце, должен быть сделан из сплошной панели (с прямым контактом с землёй).
Плита может быть из любого тяжёлого геологического материала — земли, камня, кирпича или бетона. Помните, что главное — это масса (вес).
5. Хорошо утепляйте. Хорошо утепляйте натуральный дом, обогреваемый пассивным солнечным теплом.
В климате, где в дневное время температура ниже нуля, нужно использовать соломенные тюки (или другой натуральный утеплитель) для строительства северных и западных стен, если зимой температура ночью опускается ниже –12°С, соломенные тюки потребуются со всех сторон.
Или, утеплите снаружи саманные стены с помощью глино-соломы, слоя соломы, тонкой обшивкой и целлюлозой или любым другим способом (см. главу 8).
Утеплите снаружи, как фундамент, так и ров под ним, и не забудьте также очень основательно утеплить крышу. Используйте тепловые шторы или жалюзи на всех окнах.
Отопление и охлаждение Вашего дома
Вот ещё несколько способов, чтобы сделать саманный дом приятным и комфортным.
По мере планирования, думайте об отоплении.
В холодное время года, основа Вашего дома будет удерживать тепло дольше всего.
В очень жаркое время, всё будет наоборот — основание будет нагреваться наиболее медленно.
Расположите источники более дорогого несолнечного отопления ближе к середине дома (часто плинтусные радиаторы делают обратное, подавая тепло внешним стенам и окнам, где большая его часть тотчас же улетучивается).
По мере передвижения, несолнечное отопление направит вторичное тепло по маршруту от середины дома к периметру здания.
Размещайте те части дома, которые должны быть самыми теплыми (ванную, место, где Вы печатаете и выполняете ручную работу, например, шьёте) возле несолнечного источника тепла.
Спроектируйте пару очень хорошо утеплённых, уютных местечек. Сидя на встроенной обитой лавочке с утеплённой спинкой, отдых или сидячая работа будут комфортными, даже при низкой комнатной температуре.
Большой, медленно вращающийся потолочный вентилятор предотвратит скопление всего горячего воздуха вверху куполообразного потолка и быстрее охладит Вас летом.
В климатических зонах с жарким летом, организуйте прохладное место подальше от окон на нижнем уровне дома, где Вы сможете сидеть и работать или отдыхать в полуденную жару.
Иногда, уютное зимнее местечко можно использовать в качестве охладителя летом, например, если у Вас будет широкая лавка из самана, где Вы сможете прилечь, соприкасаясь с прохладой самана большей частью тела.
В холодную погоду высокий дом — это термальный дымоход, всасывающий холодный воздух через микротрещины в оконных рамах, вокруг дверей, плинтусов и электрических розеток.
А ценный тёплый воздух потом выходит через трещины вверху дома.
Будьте очень скрупулёзны в плане герметичности окон в потолке, окон верхних этажей, трещин в потолке и труб, обязательно проверьте, нет ли сквозняков вдоль верха и низа внешних дверей и открывающихся окон на нижнем этаже — любых щелей, через которые может проникать холодный воздух.
При использовании для обогрева, в качестве топлива, дерева, нефти, газа или угля, обеспечьте прямую тягу снаружи для подпитки печи.
Открытый камин всасывает столько холодного воздуха в дом, что если температура на улице опустится ниже -5 градусов, камин не сможет компенсировать потерю тепла.
В очень холодных условиях обеспечьте плотную герметизацию каминов и используйте другие источники тепла.
Будьте скупы на окна, если только Вы не живёте в мягком климате.
С точки зрения сохранения тепла, окна — это большие расходы, поэтому, экономьте на их использовании.
Примите во внимание, что даже дорогие окна с двойным остеклением, наполненные аргоном, теряют тепло в два раза быстрее, чем саман двухфутовой толщины, и, возможно, в 4-6 раз быстрее, чем соломенные тюки.
Со временем, эксплуатационные качества окон ещё больше ухудшаются, по мере разрушения изоляции, утечки аргона и попадания влаги между рамами.
Убедитесь, что каждый квадратный фут стекла в Вашем доме выполняет несколько функций.
Правильный общий осмотр плана застекления начинается с рассмотрения того, поможет ли конкретное окно отоплению дома, то есть, находится ли оно низко на южной или юго-восточной стороне.
В холодном климате — это единственное место, где Вы можете расположить много окон, и то, при условии, что есть хороший доступ к солнцу.
Любое окно, не добавляющее солнечного отопления, непрерывно теряет тепло тогда, когда Вы хотите его сохранить.
И наоборот, когда снаружи слишком жарко, даже затенённое окно постоянно нагревает помещение из-за проводимости.
Довольно неуютно чувствуешь себя рядом с большими стёклами.
Они — холодные, когда холодно или облачно, темно и прохладно ночью, или слишком яркие, а иногда и чересчур горячие, когда светит солнце.
Попробуйте сделать стены Тромба до половины или внутреннюю стену Тромба с перфорацией, чтобы смотреть через неё, а снаружи — застеклите.
Возможно много вариантов перестановок. И не стройте без легко закрываемых тяжёлых штор или жалюзей.
С религиозной убеждённостью закрывайте их холодными ночами. Вид или солнце ночью не нужны. А потом, не забудьте открыть их все, чтобы солнце проникло в дом.
В суровом климате (слишком жарком или чересчур холодном), возможно, было бы неплохо разбить на термальные зоны те части дома, в которых больше окон.
Например, в Виннипеге или Миннеаполисе, пристроенная теплица — это прекрасное место, когда на улице прохладно, но, к 10 часам вечера в декабре, Вам, скорее всего, захочется закрыть дверь, чтобы стало теплее.
В Тусоне или Бейкерсфилде картинные окна должны быть там, где Вы обычно не сидите, с 10 утра и до захода солнца, с мая по октябрь.
Это публикуется глава из книги «Дом из самана. Философия и практика». Янто Эванс, Майкл Дж. Смит, Линда Смайли. «Рiдна земля», 2004. –348 стр.