Правила проектирования и строительства Пассивных Солнечных Домов в Лос-Аламосе, Нью-Мексико
Источник: Дж. Дуглас Балкомб (J. Douglas Balcomb)
Пер. с англ. О. Б. Меньшенин
(Начало)
Эти правила основаны на мастерской продвижения проектирования пассивных солнечных домов, проведенной д-ром Дж. Дугласом Балкомбом из Национальной лаборатории Возобновляемой Энергии в субботу 19 августа 2000 года в Лос-Аламосе (Нью-Мексико). Это начинание было поддержано: Vision 2020, New Mexico Solar Energy Association и Environmental Technology and Waste Management Division в Лос-Аламосе. Д-р Балкомб за последние три десятилетия получил значительную известность в области проектирования пассивных солнечных систем. Раздел: «Строительство из соломенных блоков и самана» создан на основе дополнительных мастерских, проведенных Тони Перри и Марком Шаломом, тех, кто непосредственно специализируется в строительстве по этим специфическим технологиям.
Этот документ составил Бен Люис для Vision 2020 и New Mexico Solar Energy Association.
План работ и Правила были розданы посетителям мастерской д-ра Балкомба. Этот план содержит значительную часть материала, представленного здесь, но более детального. Копию можно получить у Бена Льюиса, 662-6259.
Правила, данные ниже, выделены голубым жирным курсивом для Вашего удобства. Комментарии напечатаны черным шрифтом. Все данные переведены в метрическую систему.
Оглавление
- Общий баланс стоимости
- Теплоизоляция
- Окна
- Затеняющие навесы
- Тепловые вентиляционные потери
- Воздуховоды и направления воздушных потоков
- Степень использования солнечной энергии
- Определение количества, места расположения и цвета термической массы
- Ресурс строительных элементов
- Преграды солнечному свету
- Деревья
- Правильная внутренняя планировка
- Правильная ориентация
- Клерестории (окна верхнего света)
- Правила косвенного обогрева (стена Тромба)
- Теплицы
- Разновидности: Строительство из соломенных блоков и самана
- Проектный процесс
Общий баланс стоимости
Существуют три области расходов, связанные с энергоэффективностью дома и которые должны быть сбалансированы для достижения минимальной стоимости систем за период срока службы дома:
- стоимость элементов теплосбережения — теплоизоляция, высокоэффективные окна и т.п.;
- стоимость элементов солнечного обогрева — окна увеличенной площади на южном фасаде, дополнительная каменная кладка внутри (теплоаккумулирующая масса) и т.п.;
- стоимость систем отопления и охлаждения на весь период эксплуатации.
Общие правила для достижения наилучшего баланса среди них следующие:
Первые два пункта затрат (стоимость элементов теплосбережения и стоимость элементов солнечного обогрева) должны быть приблизительно равны, скажем, $4000...6000 за каждую. (Если общие первоначальные инвестиции менее $4000, то баланс должен быть смещен к области теплосбережения).
Первые две затраты представляют собой начальные инвестиции в энергоэффективность.
Если полные затраты на энергоэффективность за весь период службы дома представить как значение начальной инвестиции, тогда это значение должно быть минимум $8000...10000 для дома площадью 140 м2 для климата Лос-Аламоса.
Почему указан минимум? Минимум существует потому, что если инвестиция чересчур мала, то затраты на отопление и охлаждение за весь период службы дома будут слишком высоки, а если начальная инвестиция чересчур высока, то она превысит долгосрочные сбережения, полученные на отоплении и охлаждении. Заметьте, однако, что аргумент этой функции при этом изменяется незначительно.
Хотя и имеется минимум, тем не менее, график является достаточно плоским, что означает, что полная экономия за весь период срока службы дома изменяется в большую или меньшую сторону незначительно при изменении размера инвестиций в пределах 20% от оптимальной начальной инвестиции. К сожалению, эта «плоскостность» почти всегда используется для того, чтобы оправдать вложение капитала меньшего, чем оптимальное количество первоначальной инвестиции.
Тем не менее, фактически лучше несколько превысить оптимальную первоначальную инвестицию, потому что некоторое превышение инвестиции обеспечивает:
- лучшее страхование при резких неожиданных увеличениях затрат в отоплении и охлаждении;
- меньшее воздействие на окружающую среду;
- улучшенный комфорт;
- улучшенную способность функционировать на период отсутствия энергии.
Теплоизоляция
Следующий раздел содержит определенные рекомендации для специфического климата Лос-Аламоса, которые предлагают оптимальные значения с точки зрения достижения наименьших суммарных затрат за период срока службы дома, с учетом постоянного повышения стоимости топлива.
Тепловое сопротивление: (R — коэффициент теплового сопротивления и степень теплоизоляционных свойств материала. Чем выше коэффициент теплового сопротивления, тем лучше изоляция)
- стены: 3,7;
- потолок: 6 (включая воздушное пространство чердака);
- периметр: 2,6 (теплоизоляция по периметру дома относится к теплоизоляции, смонтированной ниже поверхности земли с внешней стороны фундаментных стен и, как правило, на 0,6 м ниже перекрытия 1 этажа, или, если перекрытие 1 этажа находится над подпольем, то это уровень теплоизоляции пола, или, по крайней мере, теплоизоляция по периметру фундаментной стены вниз до ее основания);
- стены отапливаемого подвала: 2,8 (на 1,2 м ниже поверхности земли), 1,4 (от уровня -1,2 м до основания фундамента). Использование этих уровней теплоизоляции для обвалованных землей стен также хорошо. Этот уровень теплоизоляции рекомендуется в тех случаях, когда перекрытие над отапливаемым подвалом теплоизолировано.
Окна
| Ориентация | Процент от общей площади пола |
|---|---|
| Восток | 2 |
| Север | 4 |
| Запад | 2 |
| Юг | 7...12 (в зависимости от того, присутствует ли дополнительная термическая масса) |
Стекла с низкой эмиссией в окнах с двойным остеклением должны использоваться для всех слоев остекления (особенно в окнах не южной ориентации).
Они предотвратят чрезмерные тепловые потери и перегрев, в то же время пропуская достаточно солнечного тепла и предотвращая сквозняки от преобладающих западных ветров в летнее время.
Мансардные окна в крыше превосходны, но их суммарная площадь должна составлять не более нескольких процентов от общей площади пола дома.
Затеняющие навесы
Навесы настоятельно рекомендованы для окон южной ориентации и стен Тромба в Лос-Аламосе. Следующие углы навесов были предложены Дугом Балкомбом. Это не те углы, которые соответствуют зимним и летним солнцестояниям и которые можно получить из большинства книг. Скорее они были рассчитаны для климата Лос-Аламоса таким образом, чтобы обеспечивать 6 недель полного солнечного теплопоступления зимой (а не только в зимнее солнцестояние) и полных 6 недель затенения летом (а не только в летнее солнцестояние).
Тепловые вентиляционные потери
Суммарная площадь отверстий, через которые происходят неконтролируемые тепловые вентиляционные потери, не должна превысить 0,06 м2 (для дома общей площадью 140 м2), что соответствует обычной норме воздухообмена равной 1/4...1/3 в час.
Испытания должны выполняться после установки пароизоляции для обнаружения всех мест утечки. Утечки часто происходят по основанию и верху пароизоляции. Другим главным источником утечек является использование осветительной арматуры в потолках. Давление, производимое тепловой стратификацией (образование тяги) в воздухе — доминирующий фактор, вызывающий воздушную утечку (больше чем ветер) и может вызвать существенную утечку.
Кроме того, при снижении утечек заметно улучшается звукоизоляция, что является тоже немаловажным фактором.
Воздуховоды и направления воздушных потоков
Избегайте располагать воздуховоды выше теплоизолированного потолка.
Расположение воздуховодов над теплоизолированным потолком ведет к большим тепловым потерям. Лучше смонтировать их под полом или слегка заниженным потолком в некоторых частях дома.
Или не используйте воздуховодов вообще! Центральное кондиционирование не является необходимостью в Лос-Аламосе и подогревающийся пол, т.е. система труб с горячей водой под полом — хороший путь обеспечения дополнительных теплоопоступлений.
В грамотно спроектированном доме естественные конвективные петли через дверные проемы вообще достаточны для распределения тепла. Специальные открытия и воздуховоды рекомендуются не потому, что, по словам Дуга Балкомба, они обычно только «решают проблему, не существовавшую первоначально».
Но следует учитывать, что с помощью конвективных петель трудно обогревать комнаты, находящиеся в северной части дома и расположенные на более низком уровне, чем южные комнаты (возвращающийся вдоль пола прохладный воздух не сможет легко подняться на уровень южных комнат). В тех случаях, когда такая ситуация неизбежна, радиационный нагрев пола помогает обогреву северных комнат.
Резюме: планировка с расположением северных комнат на несколько более высоком уровне, чем южных может быть очень выгодна.
Дополнительная информация о распределении воздушных потоков помещена в разделе «Теплицы» (ниже).
(Окончание следует)