Отличительная особенность загородного дома состоит в существенно более высоких требованиях к сохранению тепла, чем в обычном доме. Тепловое сопротивление ограждающих конструкций такого дома должно быть в 5-6 раз выше, чем у стандартного дома из кирпича. Для увеличения теплового сопротивления должны быть использованы эффективные утеплители, различные конструктивные решения крепления окон, дверей, стыков, тамбуры и т.д. Большую роль в сохранении тепла играет тепловая инерция дома, которая обеспечивается термической массой в виде тяжелого материала корпуса дома - стен, фундамента и дополнительных аккумуляторов тепла. Летом эта же инерционная масса защищает дом от перегрева. Интересны в этом отношении дома с земляной обвалкой и каркасом из грунтоблоков или дерева, которые обладают значительной инерционной массой и высоким тепловым сопротивлением.

Есть и другие способы сохранения тепла. Это и ограничение числа отапливаемых помещений, это использование приема, называемого буферным зонированием, который предполагает пристройку различных не отапливаемых или частично отапливаемых подсобных помещений вокруг дома. Это и теплица с южной стороны, которую предусматривают практически все проекты экологических домов, и веранды с востока и запада.

Необходимо учитывать и розу ветров, т.к. потери за счет уноса тепла ветром весьма велики. Поэтому стену, расположенную против господствующего направления ветра следует делать глухой и закрывать буферной зоной, обычно это гараж или мастерская. В нашей области преобладают ветры северо-западного направления, поэтому гараж необходимо пристраивать к северной стене дома.

В качестве активных элементов в системах солнечного отопления и получения горячей воды используют специальные устройства, служащие для преобразования солнечной энергии в тепловую и называемые солнечными коллекторами. Они бывают воздушные и водяные и устанавливаются обычно на крыше или в стенах дома и теплицы, хотя существуют варианты установки их рядом с домом на специальном каркасе.

Типичная схема активного отопления состоит из воздушного солнечного коллектора, воздуховодов, вентилятора и галечного аккумулятора. Если температура в помещениях недостаточна, то горячий воздух из воздушного коллектора подается в комнаты и нагревает их. Если в помещениях тепло, то горячий воздух, минуя комнаты, поступает в тепловой аккумулятор.

Главный элемент системы воздушного обогрева – солнечный коллектор. Его конструкция очень проста. Это плоский тонкий ящик, дно которого снаружи теплоизолировано, а изнутри покрыто материалом с большим коэффициентом поглощения солнечной энергии, в простейшем случае это покрашенная черной краской поверхность. Сверху ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом. Видимый свет, проникая сквозь стекло, поглощается черной поверхностью, превращается в тепло и нагревает воздух в замкнутом объеме коллектора (парниковый эффект). В верхней части коллектора расположена трубка для выхода горячего воздуха, а в нижней – для входа холодного. Воздушные коллекторы просты и дешевы, производство их несложно, возможно даже самостоятельное изготовление. Поэтому, несмотря на низкий к.п.д., использование их весьма целесообразно.

Для приготовления горячей воды и, дополнительно, для отопления в холодное время года нужна тепловая установка на основе водяного солнечного коллектора. Такая система бывает двух видов: с естественной и принудительной циркуляцией жидкости.

Система с естественной циркуляцией содержит водяной коллектор, систему труб и бак-аккумулятор, который размещается примерно на 60 см выше коллектора. За счет того, что нагретая в коллекторе вода легче холодной, поступающей в него из бака, возникает конвекция. Возникающий при этом непрерывный замкнутый цикл подобен тому, что происходит в системах отопления частных домов с газовым котлом. Система с естественной циркуляцией не требует перекачивающего насоса, но накладывает ограничения на конструкцию и монтаж из-за необходимости размещения тяжелого бака аккумулятора на крыше выше коллектора и необходимости хорошей теплоизоляции. Поэтому она обычно применяется для летнего душа, летней кухни и т.п.

В самом же доме используется солнечная водогрейная установка с принудительной циркуляцией. Она отличается от системы с естественной циркуляцией наличием насоса и блока терморегулирования. Каждый раз, когда температура в коллекторе достигает определенного уровня, включается насос и вода в системе прокачивается до тех пор, пока температура не опустится до номинального значения, после чего насос снова выключается. Горячая вода, циркулирующая по замкнутому контуру коллектор-бака, одновременно используется для хозяйственных нужд и отопления (в этом случае в систему труб, соединяющих коллектор с баком, врезают радиаторы отопления). В этой системе бак накопитель может находиться в любом месте, т.к. для прокачки воды используется насос.

Однако зимой эксплуатация такой системы затруднительна из-за возможности замерзания воды. Можно использовать вместо воды незамерзающую жидкость, но тогда система не будет давать горячую воду.

Для исключения такого недостатка чаще используются двухконтурные системы. В них бак-аккумулятор второго, хозяйственного контура нагревается теплообменником, входящим в первый контур, связанный с солнечным коллектором и использующим антифриз. При этом также легче следить за расходом воды, регулировать ее температуру, удобно располагать дополнительный резервный нагреватель, например, газогенераторную печь или электронагреватель.

Жидкостный солнечный коллектор более сложен, чем воздушный. Его поглощающая поверхность совмещена с системой трубок, в которых нагревается вода. Существует большое разнообразие конструкций водяных коллекторов, отличающихся тепловыми характеристиками, надежностью, долговечностью.

Как уже говорилось, неотъемлемой частью отопительной системы экодома является тепловой аккумулятор. Необходимость его использования вызвана колебаниями температуры в солнечных отопительных системах в течение суток и в зависимости от времени года. В простейшем случае аккумулятором являются массивные элементы конструкции дома, такие как печь и внутренние части его корпуса, сложенные из тяжелого материала с высокой теплоемкостью, например, кирпича или грунтоблоков. Они используются для увеличения тепловой инерции дома. В основном, это суточные аккумуляторы.

В качестве сезонных аккумуляторов используются резервуары с водой, контейнеры с гравием и галькой, соли, обладающие низкими температурами фазового перехода. На одном гектаре будет достаточно места для размещения таких аккумуляторов.

Ещё статьи по теме "Возможные пути альтернативного снабжения теплом"

Энергия Солнца на все случаи жизни Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах. Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80–85 %), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им...