Пассивная солнечная строительная система все более становится самостоятельным стилем архитектуры, который формально находится в традициях классического модернизма, его течений и приемов, в подчинении дизайна под уместностью (форма следует за функцией, скульптура остается на заднем плане) до быть отнесены к функционализму. В пассивном солнечном дизайне зданий окна, стены и полы изготавливаются для сбора, хранения, отражения и распределения солнечной энергии в виде тепла зимой и отбрасывания солнечного тепла летом. Это называется пассивным солнечным дизайном, потому что, в отличие от активных солнечных систем отопления, это не связано с использованием механических и электрических устройств.

Ключом к созданию пассивного солнечного здания является лучшее использование местного климата, обеспечивающего точный анализ сайта. Элементы, которые следует учитывать, включают размещение и размер окна, тип остекления, теплоизоляцию, тепловую массу и затенение. Пассивные методы солнечного дизайна могут быть наиболее легко применены к новым зданиям, но существующие здания могут быть адаптированы или «модернизированы».

Основные пассивные конфигурации солнечного здания
Существуют три основные конфигурации пассивной солнечной энергии:

прямая солнечная система
косвенная солнечная система
изолированная солнечная система

Пассивное усиление энергии
солнечные солнечные системы используют солнечные лучи без активных механических систем (в отличие от активной солнечной энергии). Такие технологии преобразуют солнечный свет в пригодное для использования тепло (в воде, воздухе и тепловой массе), вызывают движение воздуха для вентиляции или будущего использования, при этом мало используются другие источники энергии. Общим примером является солярий на стороне экватора здания. Пассивное охлаждение — это использование одних и тех же принципов проектирования для снижения летних требований к охлаждению.

Некоторые пассивные системы используют небольшое количество обычной энергии для управления заслонками, ставнями, ночной изоляцией и другими устройствами, которые увеличивают сбор, хранение и использование солнечной энергии, а также уменьшают нежелательную передачу тепла.

Пассивные солнечные технологии включают прямое и косвенное солнечное усиление для отопления помещений, солнечных систем нагрева воды на основе термосифона, использования тепловой массы и материалов с изменением фазы для замедления колебаний температуры воздуха в помещении, солнечных плит, солнечной дымовой трубы для повышения естественной вентиляции и земное убежище.

Более широко, пассивные солнечные технологии включают солнечную печь, но это обычно требует некоторой внешней энергии для выравнивания их концентрирующих зеркал или приемников и исторически не доказало свою практичность или экономичность для широкого использования. «Низкосортные» энергетические потребности, такие как отопление помещений и воды, со временем доказали, что они лучше подходят для пассивного использования солнечной энергии.

Прямая солнечная система
В пассивной солнечной системе с прямым усилением внутреннее пространство действует как солнечный коллектор, теплопоглотитель и система распределения. Стекло в северном полушарии (с северной стороны в южном полушарии) допускает солнечную энергию в интерьер здания, где он непосредственно нагревается (поглощение лучистой энергии) или косвенно нагревает (через конвекцию) тепловую массу в здании, таком как бетон или кирпичная кладка полы и стены. Полы и стены, действующие как тепловая масса, включены в качестве функциональных частей здания и вызывают интенсивность нагрева в течение дня. Ночью нагретая тепловая масса излучает тепло в помещении.

В холодном климате закаленное солнцем здание является самым основным типом пассивной солнечной конфигурации с прямым усилением, которая просто включает в себя увеличение (слегка) области остекления на юг без добавления дополнительной тепловой массы. Это тип системы прямого усиления, в которой огибающая здания хорошо изолирована, вытянута в направлении восток-запад и имеет большую часть (~ 80% или более) окон на южной стороне. Он имеет небольшую добавленную тепловую массу за пределами того, что уже находится в здании (т. Е. Только обрамление, стенная доска и т. Д.). В закаленном солнцем здании площадь окна, выходящая на юг, должна быть ограничена примерно 5-7% общей площади пола, меньше в солнечном климате, чтобы предотвратить перегрев. Дополнительное остекление на юг может быть включено только при добавлении более тепловой массы. Экономия энергии скромна с этой системой, а закалка на солнце очень низкая.

В реальных пассивных солнечных системах с прямой природой требуется достаточная тепловая масса, чтобы предотвратить большие колебания температуры в помещении; требуется больше тепловой массы, чем в закаленном солнцем здании. Перегрев внутренней части здания может привести к недостаточной или плохо спроектированной тепловой массе. Около половины до двух третей внутренней поверхности пола, стен и потолков должны быть построены из материалов для хранения тепла. Термические материалы для хранения могут быть бетонными, глинобитными, кирпичом и водой. Тепловая масса в полах и стенах должна оставаться такой же голой, как функционально и эстетически; тепловая масса должна подвергаться воздействию прямых солнечных лучей. Следует избегать ковровых покрытий от стены до стены, ковров большого размера, обширной мебели и больших настенных покрытий.

Как правило, для каждых 1 фут2 стекла, выходящего на юг, для тепловой массы требуется от 5 до 10 фут3 тепловой массы (1 м3 на 5-10 м 2). При учете минимальных и средних напольных и напольных покрытий и мебели это обычно составляет примерно от 5 до 10 футов на квадратный дюйм (5-10 м2 на м2) стекла, выходящего на юг, в зависимости от того, попадает ли солнечный свет непосредственно на поверхность. Самое простое правило состоит в том, что площадь тепловой массы должна иметь площадь в 5-10 раз большую площадь поверхности коллектора (стекла) с прямым коэффициентом усиления.

Твердая тепловая масса (например, бетон, кирпичная кладка, камень и т. Д.) Должна быть относительно тонкой, толщиной не более 4 дюймов (100 мм). Тепловые массы с большими открытыми участками и те, которые находятся под прямым солнечным светом, по крайней мере в течение части дня (минимум 2 часа) лучше всего работают. От средних до темных цветов с высокой поглощающей способностью следует использовать на поверхностях элементов тепловой массы, которые будут находиться под прямым солнечным светом. Тепловая масса, не находящаяся в контакте с солнечным светом, может быть любого цвета. Легкие элементы (например, стены и потолки гипсокартона) могут быть любого цвета. Покрытие остекления плотно прилегающими, подвижными изоляционными панелями в темные, облачные периоды и ночные часы значительно повысят производительность системы с прямым коэффициентом усиления. Вода, содержащаяся в пластмассовой или металлической оболочке и помещаемая под прямым солнечным светом, нагревается быстрее и более равномерно, чем твердая масса из-за естественной теплопередачи конвекции. Процесс конвекции также препятствует тому, чтобы температура поверхности становилась слишком экстремальной, как это иногда бывает, когда темные поверхности твердых масс получают прямой солнечный свет.

В зависимости от климата и с достаточной тепловой массой площадь стекла на южной стороне в системе с прямым усилением должна быть ограничена примерно 10-20% площади пола (например, от 10 до 20 футов2 стекла для площади 100 фут2). Это должно быть основано на чистой площади стекла или стекла. Обратите внимание, что в большинстве окон есть область чистого стекла / стекла, которая составляет от 75 до 85% общей площади окна. Выше этого уровня могут возникнуть проблемы с перегревом, бликами и затуханием тканей.

Косвенная солнечная система
В пассивной солнечной системе с косвенным усилением тепловая масса (бетон, кирпичная кладка или вода) расположена непосредственно за окном, выходящим на юг, и перед обогреваемым внутренним пространством, и поэтому нет прямого нагрева. Положение массы предотвращает солнечный свет от входа в пространство внутри помещения и может также препятствовать просмотру через стекло. Существует два типа систем с косвенным усилением: системы настенного отопления и системы крыш.

Термоусадочные (тромбовые) стены

В системе с тепловым накопителем, часто называемой стенкой Тромбе, массивная стена расположена непосредственно над стеклом, выходящим на юг, который поглощает солнечную энергию и выделяет его выборочно по направлению к зданию в ночное время. Стена может быть выполнена из бетонных, кирпичных, железобетонных, каменных или твердых (или заполненных) железобетонных блоков. Солнечный свет проникает через стекло и сразу же поглощается на поверхности массовой стенки и либо хранится, либо ведется через массу материала во внутреннее пространство. Тепловая масса не может поглощать солнечную энергию так быстро, как попадает в пространство между массой и областью окна. Температуры воздуха в этом пространстве могут легко превышать 120 ° F (49 ° C). Этот горячий воздух можно ввести во внутренние пространства за стеной, включив в верхнюю часть стены теплораспределительные отверстия. Эта система стен впервые была представлена ​​и запатентована в 1881 году ее изобретателем Эдвардом Морсом. Феликс Тромбе, для которого эта система иногда называют, был французским инженером, который построил несколько домов, используя этот дизайн во французских Пиренеях в 1960-х годах.

Стена с тепловым хранилищем обычно состоит из кирпичной стены толщиной от 4 до 16 дюймов (100-400 мм), покрытой темной, теплопоглощающей поверхностью (или селективной поверхностью) и покрытой одно- или двухслойным стеклом с высокой прозрачностью. Стекло обычно размещают от ¾ до 2 дюймов от стены, чтобы создать небольшое воздушное пространство. В некоторых конструкциях масса находится на расстоянии 1 — 2 фута (0,6 м) от стекла, но пространство по-прежнему не используется. Поверхность тепловой массы поглощает солнечную радиацию, которая ударяет ее и сохраняет ее для ночного использования. В отличие от системы с прямым усилением, система тепловой системы хранения обеспечивает пассивное солнечное отопление без чрезмерной площади окна и бликов во внутренних помещениях. Тем не менее, способность использовать преимущества и дневной свет устраняется. Производительность стен Trombe уменьшается, если внутренняя часть стены не открыта для внутренних помещений. Мебель, книжные полки и настенные шкафы, установленные на внутренней поверхности стены, уменьшат ее производительность.

Классическая стена Тромбе, также в общем называемая вентиляционной стенкой с тепловым хранилищем, имеет действующие вентиляционные отверстия вблизи потолка и уровней пола в массе, которые позволяют внутреннему воздуху проходить через них естественной конвекцией. Поскольку солнечная радиация нагревает воздух, запертый между стеклом и стенкой, и он начинает подниматься. Воздух втягивается в нижнее отверстие, затем в пространство между стеклом и стенкой нагревается солнечным излучением, повышается его температура и заставляет его подниматься, а затем выходит через верхний (потолочный) выпуск обратно в пространство внутри помещения. Это позволяет стенке непосредственно вводить нагретый воздух в пространство; обычно при температуре около 30 ° F (32 ° C).

Если вентиляционные отверстия остаются открытыми ночью (или в пасмурные дни), произойдет разворот конвективного потока воздуха, теряя тепло, рассеивая его на открытом воздухе. Вентиляция должна быть закрыта ночью, поэтому лучистое тепло от внутренней поверхности стены для хранения нагревает внутреннее пространство. Как правило, вентиляционные отверстия также закрываются в летние месяцы, когда нет необходимости в усилении тепла. В течение лета можно открыть наружное вытяжное отверстие, установленное в верхней части стены, чтобы вывести наружу. Такое вентилирование заставляет систему действовать как солнечный дымоход, проходящий через здание в течение дня.

Вентилируемые тепловые хранилища, выпущенные в салон, оказались несколько неэффективными, главным образом потому, что они дают слишком много тепла в течение дня в мягкой погоде и в летние месяцы; они просто перегреваются и создают проблемы комфорта. Большинство экспертов по солнечной энергии рекомендовали, чтобы тепловые хранилища не были вентилированы в салон.

Существует много вариантов системы стены Тромбе. Непредназначенная стена для хранения тепла (технически не стена Тромбе) захватывает солнечную энергию на внешней поверхности, нагревает и проводит тепло на внутреннюю поверхность, где она излучается от внутренней поверхности стены до внутреннего пространства позже в тот же день. Водная стенка использует тип тепловой массы, который состоит из резервуаров или труб воды, используемых в качестве тепловой массы.

Типичная невостребованная теплоупорная стена состоит из каменной кладки или бетонной стены с южной стороны с темным поглощающим теплом материалом на внешней поверхности и облицованным одним или двумя слоями стекла. Стекло с высокой прозрачностью максимизирует солнечную выгоду до массы стены. Стекло расположено от ¾ до 6 дюймов (от 20 до 150 мм) от стены, чтобы создать небольшое воздушное пространство. Стеклянная каркас, как правило, металлическая (например, алюминий), потому что винил будет размягчаться, а древесина станет супер высушенной при температуре 180 ° F (82 ° C), которая может существовать за стеклом в стене. Тепло от солнечного света, проходящего через стекло, поглощается темной поверхностью, хранится в стене и медленно проходит внутрь через кладку. В качестве архитектурной детали узорчатое стекло может ограничить внешнюю видимость стены, не жертвуя передачей солнечной энергии.

Водная стена использует контейнеры с водой для тепловой массы вместо сплошной массы. Водные стенки обычно немного более эффективны, чем стенки сплошной массы, потому что они более эффективно поглощают тепло благодаря развитию конвективных потоков в жидкой воде при ее нагревании. Эти токи вызывают быстрое перемешивание и более быструю передачу тепла в здание, чем могут быть обеспечены сплошными стенками массы.

Температурные изменения между наружной и внутренней стенками приводят к нагреву через масляную стенку. Однако внутри здания дневное тепловое усиление задерживается, но только становится доступным на внутренней поверхности тепловой массы в течение вечера, когда это необходимо, потому что солнце установлено. Временная задержка — это разница во времени между тем, когда солнечный свет сначала ударяет по стене, и когда тепло проникает внутрь здания. Временная задержка зависит от типа материала, используемого в стене, и толщины стенки; большая толщина дает больший временной зазор. Временная задержка, характерная для тепловой массы, в сочетании с увлажнением колебаний температуры, позволяет использовать меняющуюся солнечную энергию в дневное время как более однородный источник тепла в ночное время. Окна могут быть размещены в стене для естественного освещения или эстетических соображений, но это, как правило, снижает эффективность.

Толщина стенки теплового хранилища должна составлять от 10 до 14 дюймов (от 250 до 350 мм) для кирпича, от 12 до 18 дюймов (от 300 до 450 мм) для бетона, от 8 до 12 дюймов (от 200 до 300 мм) для земли / , и по меньшей мере 6 дюймов (150 мм) для воды. Эти толщины задерживают движение тепла таким образом, что температура поверхности в помещении достигает максимума в поздние вечерние часы. Теплота займет около 8-10 часов, чтобы добраться до внутренней части здания (тепло проходит через бетонную стену со скоростью около одного дюйма в час). Хорошее тепловое соединение между внутренней отделкой стен (например, гипсокартон) и стенкой тепловой массы необходимо для максимизации теплопередачи во внутреннее пространство.

Хотя положение стенки теплового хранилища сводит к минимуму дневной перегрев внутреннего пространства, хорошо изолированное здание должно быть ограничено примерно от 0,2 до 0,3 фут2 поверхности поверхности тепловой массы на 1 кв. М площади пола, нагреваемой (от 0,2 до 0,3 м2 на м2 площадь пола), в зависимости от климата. Водная стенка должна иметь площадь поверхности стены от 0,15 до 0,2 фут2 на 1 м2 (0,15-0,2 м2 на м2) площади пола.

Термальные толстые стенки лучше всего подходят для солнечных зимних климатов, которые имеют высокие дневные (дневные) температурные колебания (например, юго-запад, гора-запад). Они не работают также в облачном или чрезвычайно холодном климате или в климате, где нет большого суточного колебания температуры. Ночные тепловые потери через тепловую массу стены все еще могут быть значительными в облачном и холодном климате; стена теряет сохраненную температуру менее чем за день, а затем течет тепло, которое резко повышает требования к резервному нагреву. Покрытие остекления плотно прилегающими, подвижными изоляционными панелями в течение длительных облачных периодов и ночных часов улучшит работу системы теплового хранения.

Основным недостатком тепловых хранилищ является их потеря тепла снаружи. Для уменьшения потерь тепла в большинстве климатических условий требуется двойное стекло (стекло или любой из пластмасс). В мягком климате приемлемо одно стекло. Селективная поверхность (высокопоглощающая / низкоизлучающая поверхность), нанесенная на внешнюю поверхность стенки теплового хранилища, улучшает рабочие характеристики за счет уменьшения количества инфракрасной энергии, излучаемой обратно через стекло; как правило, он добивается аналогичного повышения производительности без необходимости ежедневной установки и снятия изоляционных панелей. Селективная поверхность состоит из листа металлической фольги, приклеенной к внешней поверхности стены. Он поглощает почти все излучение в видимой части солнечного спектра и излучает очень мало в инфракрасном диапазоне. Высокая поглощающая способность превращает свет в тепло на поверхности стены, а низкий эмиттанс предотвращает излучение тепла обратно к стеклу.

Система крышного пруда

Пассивная солнечная система крыши, иногда называемая солнечной крышей, использует воду, хранящуюся на крыше, чтобы выдерживать горячие и холодные внутренние температуры, обычно в пустынных условиях. Обычно он изготовлен из контейнеров, содержащих от 6 до 12 дюймов (150-300 мм) воды на плоской крыше. Вода хранится в больших полиэтиленовых пакетах или контейнерах из стекловолокна, чтобы максимизировать радиационные выбросы и минимизировать испарение. Его можно оставить неглазурованным или покрыть остеклением. Солнечное излучение нагревает воду, которая действует как теплоноситель. Ночью или в пасмурную погоду контейнеры могут быть покрыты изолирующими панелями. Крытое пространство под прудом крыши нагревается тепловой энергией, выделяемой хранилищем для крыш сверху. Для этих систем требуются хорошие дренажные системы, подвижная изоляция и усовершенствованная структурная система для поддержки мертвой нагрузки от 35 до 70 фунтов / фут (от 1,7 до 3,3 кН / м2).

С углами падения солнечного света в течение дня, пруды крыши эффективны только для отопления в низких и средних широтах, в жарком и умеренном климате. Системы крышного пруда лучше работают для охлаждения в жарком климате с низкой влажностью. Было построено не так много солнечных крыш, и существует ограниченная информация о конструкции, стоимости, характеристиках и конструктивных деталях крыш теплового хранения.

Изолированная солнечная система
В пассивной солнечной системе с изолированным усилением компоненты (например, коллекторы и тепловое хранилище) изолированы от внутренней зоны здания.

Прикрепленное солнце, также иногда называемое солнечной комнатой или солярием, представляет собой тип изолированной солнечной системы усиления с застекленным внутренним пространством или комнатой, которая является частью или прикрепленной к зданию, но которая может быть полностью закрыта от основных занятых районов. Он функционирует как привязанная теплица, которая использует комбинацию характеристик прямого усиления и косвенного усиления. Солнце может быть названо и выглядит как оранжерея, но теплица предназначена для выращивания растений, тогда как солнце предназначено для обеспечения тепла и эстетики здания. Солнечные пространства — очень популярные элементы пассивного дизайна, потому что они расширяют жилые помещения здания и предлагают комнату для выращивания растений и другой растительности. В умеренном и холодном климате, однако, требуется дополнительное отопление помещений, чтобы растения не замерзали в экстремально холодную погоду.

Напряженное солнцезащитное стекло Sunspace собирает солнечную энергию, как в системе с прямым усилением. Простейшим дизайном солнечного пространства является установка вертикальных окон без верхнего стекла. Солнечные пространства могут испытывать высокую тепловую выгоду и высокую потерю тепла за счет их обилия остекления. Хотя горизонтальное и наклонное остекление собирает больше тепла зимой, оно сводится к минимуму для предотвращения перегрева в летние месяцы. Хотя верхнее остекление может быть эстетически приятным, изолированная крыша обеспечивает лучшие тепловые характеристики. Световые люки могут использоваться для обеспечения некоторого дневного света. Вертикальное остекление может максимизировать прирост зимой, когда угол солнца низкий, и в летнее время меньше тепла. Вертикальное стекло дешевле, легче устанавливать и изолировать, а не подвержено утечке, запотеванию, взлому и другим сбоям в стекле. Комбинация вертикального остекления и некоторых наклонных остеклений приемлема, если предусмотрено летнее затенение. Хорошо спроектированный навес может быть всем, что необходимо для затенения остекления летом.

Температурные изменения, вызванные тепловыми потерями и коэффициентами усиления, могут регулироваться тепловой массой и окнами с низкой излучательной способностью. Тепловая масса может включать в себя кладку, кладочную стену, граничащую с домом, или контейнеры для воды. Распределение тепла в здании может осуществляться через потолочные и напольные вентиляционные отверстия, окна, двери или вентиляторы. В общем дизайне тепловая масса, расположенная на задней стороне солнечного пространства, прилегающего к жилой площади, будет функционировать как тепловая масса с косвенным усилением. Солнечная энергия, поступающая в солнечное пространство, сохраняется в тепловой массе. Солнечное тепло передается в здание посредством проводимости через общую стену массы в задней части солнечного пространства и вентиляционных отверстий (например, неизолированную стену для хранения тепла) или через отверстия в стене, которые обеспечивают воздушный поток от солнечного пространства до внутреннего пространства путем конвекции ( как вентилируемая стенка для хранения тепла).

В холодных климатических условиях следует использовать двойное остекление, чтобы уменьшить потери электропроводности через стекло снаружи. Ночные потери тепла, хотя и значительные в зимние месяцы, не столь важны в солнечном пространстве, как в системах с прямым усилением, так как солнце может быть закрыто от остальной части здания. В умеренном и холодном климате важна термическая изоляция солнечного пространства от здания в ночное время. Большие стеклянные панели, французские двери или раздвижные стеклянные двери между зданием и прикрепленным солнечным пространством сохранят открытое чувство без потерь тепла, связанных с открытым пространством.

Солнце с тепловой стенкой из кладки должно составлять примерно 0,3 фут2 поверхности поверхности тепловой массы на 1 кв. М площади пола, нагреваемой (0,3 м2 на м2 площади пола), в зависимости от климата. Толщина стенок должна быть похожа на стенку для хранения тепла. Если между солнечным пространством и жилым пространством используется водяная стенка, целесообразно около 0,20 фут2 поверхности поверхности тепловой массы на 1 кв. М площади пола, нагреваемой (0,2 м2 на м2 площади пола). В большинстве климатов в летние месяцы требуется система вентиляции для предотвращения перегрева. Как правило, обширные потолочные (горизонтальные) и восточные и западные стеклянные области не должны использоваться в солнечном пространстве без особых мер предосторожности для летнего перегрева, например, с использованием теплоотражающего стекла и обеспечения областей летней тени.

Внутренние поверхности тепловой массы должны быть темного цвета. Можно использовать подвижную изоляцию (например, оконные покрытия, оттенки, жалюзи), которые помогают улавливать теплый воздух в солнечном пространстве как после того, как солнце установилось, так и в пасмурную погоду. При закрытии в очень жаркие дни оконные покрытия могут помочь предотвратить перегрев солнечного пространства.

Чтобы обеспечить максимальный комфорт и эффективность, не стеклянные стены, потолок и фундамент должны быть хорошо изолированы. Периметр стены или плиты фундамента должен быть изолирован от линии замерзания или вокруг периметра плиты. В умеренном или холодном климате восточная и западная стены солнечного пространства должны быть изолированы (без стекла).

Дополнительные меры
Необходимо принять меры для снижения потерь тепла ночью, например, оконных покрытий или изоляции подвижных окон.

Хранение тепла
Солнце не светит постоянно. Хранение тепла или тепловая масса удерживают здание в тепле, когда солнце не может его нагревать.

В суточных солнечных домах хранилище рассчитано на один или несколько дней. Обычным методом является построенная по индивидуальному заказу тепловая масса. Это включает в себя стену Тромбе, вентилируемый бетонный пол, цистерну, водную стену или пруд для крыши. Также возможно использовать тепловую массу самой Земли, либо как есть, либо путем включения в структуру путем банковского обслуживания или использования проталкиваемой земли в качестве структурной среды.

В субарктических районах или районах с длинными сроками без солнечного усиления (например, в течение недель морозного тумана) целевая тепловая масса очень дорогая. Дон Стивенс выступил с экспериментальной методикой использования земли в качестве тепловой массы, достаточно большой для ежегодного хранения тепла. Его конструкции управляют изолированным термосифоном 3 м под домом и изолируют землю водонепроницаемой юбкой 6 м.

изоляция
Тепловая изоляция или суперосоединение (тип, размещение и количество) уменьшают нежелательную утечку тепла. Некоторые пассивные здания фактически построены из изоляции.

Специальные системы остекления и оконные покрытия
Эффективность прямых солнечных систем усиления значительно повышается за счет изоляционных (например, двойного остекления), спектрально-селективного остекления (low-e) или подвижной оконной изоляции (оконные стеганые одеяла, двойные внутренние жалюзи, оттенки и т. Д.).

Как правило, окна, обращенные к Экватору, не должны использовать остекление, которое препятствует солнечному усилению.

В немецком пассивном доме широко используются окна с суперизоляцией. Выбор различных спектрально-селективных оконных покрытий зависит от соотношения времени нагрева и времени охлаждения для расчетного положения.

Выбор остекления

Экваториальное стекло
Требование для вертикального стекла, обращенного к экватору, отличается от трех других сторон здания. Светоотражающие оконные покрытия и многослойные стекла могут снизить полезный солнечный коэффициент усиления. Однако системы с прямым усилением в большей степени зависят от двойного или тройного остекления для уменьшения потерь тепла. Конфигурации с косвенным усилением и с изолированным усилением могут по-прежнему эффективно функционировать только с однопанельным остеклением. Тем не менее, оптимальное экономически эффективное решение зависит как от местоположения, так и от системы.

Стекловолокно и мансардные окна
Мансардные окна допускают резкий прямой солнечный свет и блик либо горизонтально (плоская крыша), либо скатываются под тем же углом, что и наклон крыши. В некоторых случаях горизонтальные световые люки используются с отражателями для увеличения интенсивности солнечного излучения (и резкого блика) в зависимости от угла падения крыши. Когда зимнее солнце низко на горизонте, большинство солнечных лучей отражается от стекла под углом крыши (угол падения почти параллелен утреннему и дневному стеклу на крыше). Когда летнее солнце высоко, оно почти перпендикулярно стеклу на крыше, которое максимизирует солнечное усиление в неподходящее время года и действует как солнечная печь. Световые люки должны быть покрыты и хорошо изолированы, чтобы уменьшить тепловую потерю естественной конвекции (теплый воздух) в холодные зимние ночи и интенсивное усиление солнечного тепла во время горячих весенних / летних / осенних дней.

Сторона, обращенная к экватору, находится на юге в северном полушарии и на севере в южном полушарии. Световые люки на крышах, которые обращены от экватора, обеспечивают в основном непрямое освещение, за исключением летних дней, когда солнце может подниматься на неэкваториальной стороне здания (на некоторых широтах). Ярлыки на крышах, обращенных к востоку, обеспечивают максимальное прямое освещение и солнечное тепло в летнее утро. Окна, выходящие на запад, обеспечивают дневной солнечный свет и усиление тепла в самую жаркую часть дня.

Некоторые световые люки имеют дорогостоящее остекление, которое частично уменьшает летнее солнечное тепловое усиление, но при этом позволяет пропускать видимую видимость. Однако, если через него может пройти видимый свет, то можно получить некоторое лучистое тепловое усиление (это волны электромагнитного излучения).

Вы можете частично уменьшить часть нежелательного летнего солнечного тепла на крыше с угловым остеклением, установив световой люк в тени листопадных деревьев, или добавив подвижное изолированное непрозрачное окно, закрывающееся внутри или снаружи просвета , Это исключило бы дневную выгоду летом. Если ветви деревьев висят над крышей, они будут увеличивать проблемы с листьями в водосточных желобах, возможно, разрушать ледяные плотины, разрушать крышу, сокращать срок службы крыши и обеспечивать более легкий путь проникновения вредителей на ваш чердак. Листья и веточки на световых люках непривлекательны, их трудно чистить, и они могут увеличить риск разрушения остекления при ветре.

«Плитовидное остекление крыши» с вертикальным стеклом может привести к тому, что некоторые преимущества пассивного солнечного дизайна здания станут основой коммерческого или промышленного здания, без необходимости использования стекла под крышей или фонарей.

Световые люки обеспечивают дневной свет. Единственное, что они предоставляют, по существу, прямо в большинстве приложений. Хорошо изолированные лампочки могут принести дневной свет в северные комнаты, без использования просвета. Пассивно-солнечная теплица обеспечивает обильный дневной свет для экваториальной стороны здания.

Инфракрасные термографические тепловизионные камеры (используемые в формальных энергетических аудитах) могут быстро документировать негативное тепловое воздействие стекла на крыше или люка в холодную зимнюю ночь или жаркий летний день.

Министерство энергетики США заявляет: «вертикальное остекление является наилучшим вариантом для солнечных лучей». Стекло с боковым стеклом и боковым стеклом не рекомендуется для пассивных солнечных солнечных лучей.

Министерство энергетики США объясняет недостатки к остеклению на крыше: стекло и пластик имеют небольшую структурную прочность. При установке вертикально стекло (или пластик) имеет собственный вес, потому что только небольшая площадь (верхний край остекления) подвержена гравитации. Однако, когда стекло отклоняется от вертикальной оси, увеличенная площадь (теперь наклонное поперечное сечение) остекления должна выдерживать силу тяжести. Стекло также хрупкое; он не сильно изгибается до взлома. Чтобы противодействовать этому, вы обычно должны увеличить толщину остекления или увеличить количество конструкционных опор для удержания остекления. Оба увеличивают общую стоимость, а последняя уменьшает количество солнечного усиления в солнечном пространстве.

Еще одна распространенная проблема с наклонным остеклением — это повышенное воздействие погоды. Трудно поддерживать хорошее уплотнение на крышах под углом под ярким солнечным светом. Град, мокрый снег, снег и ветер могут привести к разрушению материала. Для безопасности пассажиров нормативные органы обычно требуют, чтобы наклонное стекло было изготовлено из безопасного стекла, ламинированного или его комбинации, что уменьшает потенциал солнечного усиления. Большая часть стеклянного стекла на крыше Crowne Plaza Hotel Orlando Sunspace была разрушена в одиночной буре. Стекло под крышей увеличивает стоимость строительства и может увеличить страховые взносы. Вертикальное стекло менее восприимчиво к погодным повреждениям, чем стекло на крыше.

Трудно контролировать солнечное усиление тепла в солнечном пространстве с наклонным остеклением летом и даже в середине мягкого и солнечного зимнего дня. Мансардные окна — это антитеза к созданию энергии с нулевой энергией. Пассивное солнечное охлаждение в климате с требованием кондиционирования воздуха.

Угол падающего излучения
На количество солнечного излучения, передаваемого через стекло, влияет также угол падения солнечного излучения. Солнечный луч, ударяющий по одному листу стекла в пределах 45 градусов перпендикуляра, в основном передается (отражается менее 10%), тогда как для солнечного света, поражающего на 70 градусов от перпендикуляра более 20% света, отражается, и выше 70 градусов этот процент отражается резко возрастает ,

Все эти факторы могут быть более точно смоделированы с помощью фотометрического измерителя света и гелиодоновой или оптической скамьи, которая может количественно определять отношение отражательной способности к пропускаемости на основе угла падения.

В качестве альтернативы, пассивное программное обеспечение для солнечных компьютеров может определять влияние солнечного пути, а также дней градуса охлаждения и нагрева на энергоэффективность.

Управляемые устройства для затенения и изоляции
Конструкция со слишком большим стеклом, обращенным к экватору, может привести к чрезмерному нагреву зимой, весной или осенью, неудобно ярким жилым помещениям в определенное время года и чрезмерной теплопередаче в зимние ночи и летние дни.

Хотя солнце находится на той же высоте 6 недель до и после солнцестояния, требования к нагреву и охлаждению до и после солнцестояния существенно различаются. Хранение тепла на поверхности Земли вызывает «тепловое отставание». Переменная облачная обложка влияет на потенциал солнечной энергии. Это означает, что зависящие от широты фиксированные окна, в то время как важны, не являются полным сезонным решением контроля солнечной энергии.

Механизмы управления (такие как ручные или моторизованные внутренние изоляционные шторы, жалюзи, внешние экранирующие экраны или убирающиеся навесы) могут компенсировать различия, вызванные тепловым запаздыванием или облачным покровом, и помогают контролировать ежедневные / ежечасные изменения требований к солнечному усилению.

Системы домашней автоматизации, которые контролируют температуру, солнечный свет, время суток и комнату, могут точно контролировать моторизованные устройства для затенения и изоляции окон.

Внешние цвета, отражающие — поглощающие
Материалы и цвета могут быть выбраны для отражения или поглощения солнечной тепловой энергии. Использование информации о цвете для электромагнитного излучения для определения его тепловых радиационных свойств отражения или поглощения может помочь в выборе.