Рассылка Mensh.ru #6

Суперсолнечный дом
Патенты Нормана Б. Саундерса

Суперсолнечным можно назвать дом, в котором достигнута 100% доля солнечной энергии в отоплении, т.е. не используется иных отопительных приборов. В настоящее время это возможно в наиболее благоприятных климатических зонах, но изобретатель и инженер Норман Б. Саундерс сумел добиться этого в холодном климате Новой Англии с помощью разработанных и запатентованных им уникальных и дешевых систем.

Введение

Еще совсем недавно наиболее известные солнечные архитекторы и инженеры были убеждены, что в проектировании зданий для холодного климата, например климата Новой Англии, было бы глупо пытаться достичь 100% доли солнечной энергии в отоплении дома (соответствует коэффициенту гелиообеспечения Кг=1). Выдающиеся эксперты выполнили расчеты, показавшие, что в Новой Англии, например, было бы неблагоразумно пытаться достичь Кг>0,5...0,7. Они предупредили, что стоимость достижения более высокого коэффициента, например 0,8...0.9, будет огромна и далеко перевесит получаемые выгоды. Даже, если проектировщик удвоит размеры коллектора и теплового аккумулятора, то он получит лишь Кг=0,9, а достижение 100 % (Кг=1) — потребует утроения размеров, и добавленная мощность будет использоваться не более 5...10 дней в году.

Особенно яркие призывы против попытки достижения 100% доли солнечного отопления в холодном климате содержатся в статьях Лефа и Тюбо. Взгляните, для примера, на их статью в Natural Resource Journal, Vol. 10(2), p. 268, 1970, или в Solar Energy, Vol. 14, p. 253, 1973. Тюбо был экономистом, а Леф — одним из всемирно известных передовых экспертов солнечного отопления ...

Вера в подобные заявления экспертов начала ослабевать с появлением суперизолированных зданий, которых уже к 1981 имелись сотни, а в настоящее время тысячи только в США и Канаде. Эти дома нагреваются суммарной теплотой внутренних источников (человеческие тела, бытовые приборы, кухонная печь, электролампы и т.п.) и системы прямого пассивного солнечного отопления (direct gain). Многие из них в качестве вспомогательных источников отопления имеют лишь дровяную печь или небольшой электрообогреватель. Большинство этих зданий требует затрат на топливо лишь $50...150 в год, и коэффициент использования солнечной энергии у некоторых из них приближается к 100 %.

Окончательно все догмы экспертов были опровергнуты в январе и феврале 1982 г., когда Роберт Буши (Robert Bushey), владелец Shrewsbury House, обнаружил, что температура в его доме, днем и ночью, в ясную и пасмурную погоду, без дополнительных источников тепла поддерживается на уровне 21°С. Цель была достигнута: 100% солнечное отопление в холодном климате! Кроме того, она была достигнута без:

Было разрушено Классическое Правило: «Не стремись достичь 100% солнечного отопления».

Причина была в том, что Shrewsbury House — один из трех домов (остальные дома — Cliff House и All-Solar-Too House), оснащенных уникальной системой солнечного отопления, изобретенной и спроектированной Норманом Б. Саундерсом.

Основные характеристики зданий с системами Саундерса

Все три здания, в которых используются уникальные системы солнечного отопления — дома со 100 % ее долей в общей системе отопления дома. Точнее сказать, они используют суммарное теплопоступление от внутренних источников и от солнечной энергии. Ни один из них не имеет отопительной печи. В одном из домов (Cliff House) имеется камин, который был включен в проект из эстетических соображений. Кроме того, во всех домах сохраняется прохлада в летнее время.

Все три дома имеют много других притягательных особенностей, нежели тепловая автономность. Системы солнечного отопления работают автоматически. Здания остаются довольно теплыми в зимнее время, даже если жильцы уезжают на неделю или больше. Каждый дом оборудован теплицей (sunspace), расположенной с южной стороны. Окна в домах имеют достаточную площадь не только с южной, но также и с восточной, западной и северной сторон.

В системах отопления этих зданий отсутствуют:

Кроме того, в домах нет:

Имеется большая свобода выбора в:

Все три здания оборудованы системой горячего водоснабжения с автоматической пассивной солнечной системой предварительного нагрева.

Стоимость

Стоимость любого из этих домов сопоставима со стоимостью обычного дома аналогичного размера и комфорта. Значительный интерес представляет и то, что стоимость монтажных работ сопоставима, или даже ниже, чем типичного дома с 40...80% долей пассивного солнечного отопления, и намного ниже, чем типичного дома, оборудованного системой активного солнечного отопления.

Почему стоимость домов настолько низка?

Потому, что:

Эксплуатационные расходы низки — $50...100 ежегодно за электроэнергию, необходимую для эксплуатации одного или двух небольших вентиляторов, которые являются сердцем системы регулирования температуры.

Сравнение с другими передовыми проектами

Первые же два года эксплуатации Shrewsbury House показали, что его характеристики сопоставимы или даже превосходят таковые всех других зданий (в США или Канаде) сопоставимого размера и комфорта.

Много сотен суперизолированных зданий, построенных и эксплуатировавшихся в течение последних нескольких лет, показали себя превосходно. Они сохраняют тепло зимой и прохладу летом. Но почти все они требуют вспомогательной системы отопления. Большинство из них не имеют никакой теплицы. Многие дома требуют дополнительных операций с теплоизоляционными ставнями утром и вечером. Многие здания имеют окна уменьшенной площади с восточной, западной, и северной сторон.

Множество зданий с двойной оболочкой (двойной конверт) было построено и эксплуатировалось в течение последних лет. Они спроектированы хорошо, и ежегодные счета за топливо составляют не более $200. Но они все равно нуждаются в системах вспомогательного отопления и в отдельных комнатах некоторых из них иногда довольно холодно. Дополнительная стоимость монтажных работ при строительстве зданий с двойной оболочкой составила порядка $5000...15000.

Приблизительно 100000 пассивных солнечных домов, имеющих окна южной ориентации значительной площади и много дополнительной тепловой массы, были построены и эксплуатируются последние годы. Почти все они требуют вспомогательных систем отопления и тепловой массы, занимающей пространство в наиболее важной южной части дома; многие используют большие теплоизоляционные ставни, с которыми приходится совершать определенные манипуляции дважды в день; во многих — чрезмерно яркий свет в солнечные дни доставляет массу неудобств; многие — склонны к перегреву, особенно в очень жаркие летние дни, когда поступление солнечной энергии через окна южной ориентации особенно велико.

Естественно, после всего этого, известие о том, что солнечный инженер разрабатывает проекты, в которых отсутствует вспомогательная система отопления, просто шокирует. Саундерс оборудует дома встроенной теплицей, окнами значительной площади на все стороны света. Солнечная отопительная система, эксплуатирующаяся полностью автоматически (без теплоизоляционных ставней), уменьшает ослепление прямыми солнечными лучами, создает прохладу летом, и обеспечивает предварительный солнечный нагрев воды в системе горячего водоснабжения.

И все это происходит в доме, стоимость которого не выше стоимости обычного дома!

Об изобретателе

Норман Б. Саундерс — профессиональный инженер, изобретатель типа «одинокий волк» и один из лучших солнечных консультантов Новой Англии. Его страсть — устройства, являющиеся простыми и долговечными. Он избегает подобно чуме дорогих и внушительных устройств. Многолетний опыт его работ в области физики, машиностроения, электротехники, и электроники развил в нем большое недоверие к дорогостоящим и впечатляющим устройствам, которые часто оказываются ненадежными в эксплуатации.

Он скептически относится к большинству видов систем солнечного отопления. Игнорируя популярные тенденции, он идет своим собственным путем, воплощая несколько радикально новых подходов к солнечному отоплению. Общие стратегии в его проектах новы и странны, и некоторые из основных компонентов систем озадачивают даже опытных солнечных проектировщиков.

Одним из главных его подходов является использование значительного числа несложных устройств, которые в совокупности обеспечивают простое и дешевое решение.

Его изобретения охватывают большой диапазон: от специальных материалов застекления и специальных структур окна до специальных жалюзей южного ската прозрачной крыши, от специальных способов аккумулирования тепла к специальным средствам управления воздушными потоками.

Все это отражено в его патентах. Но это не просто патенты. Он немедленно внедряет свои изобретения в своем собственном доме, или домах друзей и клиентов. Часто он продолжает улучшать уже внедренное изобретение год за годом.

Его патенты сложны к чтению и пониманию. Он написал ряд отчетов о своих изобретениях, но и их понимание тоже достаточно сложно.

По всем этим причинам, его значительные исследования в области солнечного отопления были, до сих пор, недостаточно известны за пределами Новой Англии, даже, несмотря на его щедрость в предоставлении документов о его разработках на различных встречах обществ солнечной энергии, и в проводимых ежемесячных семинарах по теории и практике солнечного отопления.

Источник: Nick Pine, Villanova University

Автор перевода: О. Б. Меньшенин

Аннотации к последним 5 патентам Нормана Б. Саундерса доступны Здесь

Со следующего выпуска рассылки начинается публикация глав из книги У. Шарклифа «Суперсолнечные дома» с подробным описанием оригинальной системы солнечного отопления одного из домов, построенного самостоятельно домовладельцем с использованием уникальных патентов американского инженера и изобретателя Н. Саундерса

Обновления на сайте

В раздел «Солнечные энергоустановки» добавлены страницы:

В них на основе исследований Ф. Хатчинсона показано обоснование площади остекления южного фасада и тепловой массы здания при разработке энергоэкономичного дома.