Пассивные солнечные системы. Окна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Эффективность любой пассивной системы зависит от типа окон. Стекло или другие прозрачные материалы пропускают короткие волны и задерживают длинные волны теплового излучения внутри помещения. Окна регулируют энергетический поток двумя основными способами: зимой они обеспечивают дом теплом, пропуская солнечную энергию внутрь здания, благодаря чему температура воздуха внутри помещений превышает внешнюю температуру; летом способствуют охлаждению здания, снижая степень проникновения солнечных лучей при помощи удачного расположения окна и его затенения, а также использования вентиляции для охлаждения дома.

Если мы используем солнечное тепло, то необходимо обеспечить его проникновение в помещение именно в то время, когда оно полезнее всего. Как правило, в зимнее время солнечные лучи должны попадать в помещение в период с 9.00 до 15.00. Желательно, чтобы на их пути практически не было никаких препятствий. Так, деревья на участке могут затенять комнаты дома. Это необходимо учитывать при строительстве. Можно спланировать дом с окнами, выходящими на любую сторону. При этом здание будет иметь низкое энергопотребление. При проектировании большее значение имеет каркас здания, то есть стены, пол и потолок, чем расположение внутренних перегородок. Если нужно, чтоб окно было обращено на запад, необходимо правильно его затенить и выбрать соответствующий размер.

Стекло пропускает волны солнечной радиации в диапазоне 0,4-2,5 мкм. В результате поглощения света непрозрачными объектами, находящимися внутри помещения, и дальнейшего переизлучения, длина его волны увеличивается до 11мкм. Стекло является непроницаемым барьером для электромагнитной волны этой длины. Свет, попадая в помещение, оказывается в ловушке. Количество света, проникающего сквозь стекло, зависит от угла падения. Оптимальный угол падения - 90°. Если солнечный свет падает на стекло под углом 30° или меньше, то большая часть солнечного света отражается.

(нажмите для увеличения)

Спектр солнечного излучения и теплопередача

Чтобы правильно выбрать остекление, необходимо иметь представление о свете и теплоте. Спектр солнечного света, попадающего на Землю, состоит из волн разной длины. Разные стекла по-разному пропускают, поглощают и отражают волны солнечного излучения. К примеру, уменьшение яркого света (путем отражения или затенения) полезно на рабочем месте. Пропуская дневной свет, можно сэкономить энергию, необходимую для искусственного освещения. Наиболее благоприятными для человека считаются инфракрасные лучи, создающие ощущение комфорта. Определив правильный тип стекла, можно пропускать или отражать инфракрасное излучение.

Есть три варианта прохождения тепла сквозь материал, используемый для остекления. Первый - теплопроводность: при этом тепло проходит сквозь стекло. Чтобы почувствовать тепло, достаточно прикоснуться к стеклу. Вторая форма теплопередачи - это излучение: электромагнитные волны передают тепло через стекло. Благодаря этому появляется чувство, что поверхность окна излучает тепло. Третий способ перемещения тепла - конвекция. Конвекция перемещает тепло благодаря движению воздуха, в данном случае, благодаря воздушным потокам. Естественное движение теплого воздуха к более холодному позволяет повышать или понижать температуру в помещении.

Показатель теплового сопротивления материала (R-value), используемого для остекления, определяется степенью его теплопроводности, излучения и конвекции. На общее значение показателя теплового сопротивления окна в целом влияет инфильтрация воздушного потока. Количество тепла, которое проходит, минуя остекление, столь же важно, как и перемещение тепла через окна. Качество изготовления и установки всего окна, включая установку рамы, влияет на степень проникновения воздуха.

Прогресс в технологии производства окон существенно повлиял на эффективность в строительстве в 70-х годах ХХ столетия, и сегодня ему принадлежит важная роль в пассивных солнечных системах. Вот некоторые успехи в технологии производства окон:

• Двойное и тройное остекление (стеклопакеты) с высокой степенью тепловой изоляции.
• Стекло с низким коэффициентом излучения, обладающее покрытием, которое "впускает" тепло, но не "выпускает" его обратно.
• Использование аргона (или другого инертного газа) для заполнения пространства внутри стеклопакета, приводящее к повышению степени тепловой изоляции по сравнению со стеклопакетами, заполненными обычным воздухом.
• Технологии, основанные на использовании фазового перехода, которые позволяют изменять степень прозрачности стекла при помощи электрического напряжения.

Основные типы стекла

К материалам, используемым для остекления, относятся: стекло, акриловые волокна, стекловолокно и др. Хотя различные материалы имеют разные области применения, наиболее распространенным является использование стекла. Различные типы стекла позволяют проектировщику разработать пассивный солнечный дом, отвечающий всем требованиям клиента. Одинарное оконное стекло - наиболее простое из всех типов стекла, и является составляющим компонентом для более высококачественного остекления. Обычное стекло имеет высокую прозрачность для солнечного света, но плохую тепловую изоляцию - коэффициент теплового сопротивления равен примерно 1,0. Обычное оконное стекло может эффективно выполнять свою роль, когда оно используется в окне с двойным переплетом или двойными рамами, в зданиях, расположенных в регионах с теплым климатом (если к тому же, не используется кондиционирование воздуха), в некоторых типах солнечных коллекторов и в сезонных оранжереях. Конструкции, в которых используются одинарные оконные стекла, обычно подвергаются большим температурным колебаниям, сквознякам, конденсации и плохо преграждают доступ холодного воздуха извне.

Наиболее распространенной конструкцией, используемой сегодня в строительстве, является стеклопакет. Стеклопакет - это два стекла, собранные в одно изделие. Одинарные стекла (термостекло) соединяются в единую конструкцию промежуточной планкой, состоящей из материала, поглощающего влагу. Такая конструкция обычно герметизируется силиконом. Между стеклами образуется закрытое воздушное пространство, которое способствует увеличению теплового сопротивления, коэффициент которого для стеклопакета составляет приблизительно 1,8-2,1. Практика показала, что наилучшее расстояние между стеклами для воздушного пространства - 1-2 сантиметра. Большее расстояние между стеклами не увеличит намного коэффициент теплового сопротивления.

Фактически, большое воздушное пространство может способствовать увеличению конвекции в стеклопакете и в результате понизить температуру. Конечно, можно увеличить расстояние между стеклами и до 10-12 сантиметров, не создавая конвекционного потока, но тогда изделие будет очень громоздким. Повышенный спрос на энергоэффективность в зданиях привел к тому, что окна со стеклопакетами стали стандартом в строительстве. Обладающие хорошей прозрачностью для солнечной энергии и качественной тепловой изоляцией, такие окна представляют собой значительный шаг вперед по сравнению с обычным окном. Двойные стеклопакеты используют при производстве окон, дверей, для строительства застекленных крыш, соляриев, а также во многих других областях.

Высококачественное стекло

Высококачественное стекло имеет более высокий коэффициент теплового сопротивления и хорошую прозрачность для солнечной энергии. Повышая изоляционные способности стекла, можно одновременно улучшить дизайн здания. Помещения, огороженные ранее стенами, можно превратить в так называемые солнечные комнаты с пассивным солнечным освещением (оконные проемы в крыше и потолке). Темные комнаты наполнятся естественным светом, солнечным теплом, к тому же могут открыться замечательные виды из окна. При относительно небольшом увеличении стоимости можно улучшить энергоэффективность, обеспечить большую влагостойкость и защиту от ультрафиолетового излучения. И как результат - разнообразие проектов зданий. Сегодня потребителям доступно большое количество разнообразного высококачественного стекла.

Каковы преимущества такого стекла? Стекло с низким коэффициентом излучения (низкой способностью материала передавать инфракрасное (тепловое) излучение) повышает энергоэффективность стеклопакета. Чем выше коэффициент излучения, тем больше тепла пропускает материал. И наоборот, чем ниже данный коэффициент, тем больше тепла отражается материалом. Покрытия, имеющие низкий коэффициент излучения, будут отражать или переизлучать инфракрасное излучение обратно в помещение, увеличивая, таким образом, температуру. При пересчете на коэффициент сопротивления последний составит величину 2,6-3,2.

Для более теплого климата окна здания можно изменить таким образом, чтобы они передавали тепло инфракрасного излучения обратно во внешнюю среду, оставляя температуру внутри дома более прохладной. Стекло с низким коэффициентом излучения обладает высоким коэффициентом теплового сопротивления, защитой от ультрафиолетового излучения и влагостойкостью. Заполненные инертным газом окна имеют более высокий коэффициент теплового сопротивления, его показатель увеличивается примерно на 1,0. Воздух внутри изоляционного окна заменяется инертным газом с лучшими изоляционными показателями. Наиболее часто используемые газы - это криптон и аргон.

Оконные шторы

Помимо выполнения декоративных функций, шторы могут уменьшать потери тепла в холодные месяцы, или же препятствовать повышению температуры в теплое время года. Карниз, изготовленный, например, из фанеры, будет препятствовать продвижению теплого воздуха, находящегося под потолком, в пространство между окном и шторой. Для достижения желаемого результата шторы должны быть длиннее высоты окна, по крайней мере, на 30 см, хотя наиболее оптимально, когда они длиной до пола.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Шесть правил для систем искусственного интеллекта 02.07.2016 Генеральный директор Microsoft Сатья Наделла (Satya Nadella) высказал свое мнение о базовых принципах построения систем искусственного интеллекта. Как считает специалист, однажды люди и машины начнут работать сообща. И он верит, что это сотрудничество поможет справиться с такими проблемами человечества, как болезни, бедность и безграмотность. Наделла сформулировал шесть принципов, которые, по его мнению, обеспечат нам светлое будущее. 1. Системы искусственного интеллекта должны создаваться для помощи человечеству. Например, они должны выполнять опасную работу, но при этом "уважать самостоятельность человека". 2. Искусственный интеллект должен быть понятным. Люди должны знать, как работает технология, каким правилам она следует и как именно она анализирует мир. 3. Искусственный интеллект должен способствовать повышению эффективности процессов, при этом не разрушая человеческое достоинство. "Индустрия не должна навязывать ценности и принципы будущего", - пишет Наделла. Поэтому системы должны разрабатываться с уважением к разнообразию культур, а к процессу их создания нужно привлекать больше народов. 4. Искусственный интеллект должен гарантировать безопасность личных данных. 5. Работа систем искусственного интеллекта должна быть прозрачна, чтобы люди могли исправить вред, нанесенный машинами по непредвиденным обстоятельствам. 6. Искусственный интеллект должен быть лишен предубеждений. Дискриминация недопустима. Развитие систем искусственного интеллекта пока находится только на начальных этапах и сейчас, на взгляд главы Microsoft, очень важно определиться с этическими нормами, которых необходимо будет придерживаться при дальнейшей работе над технологиями. И тогда машины могут стать для нас надежными помощниками.

Другие интересные новости:

▪ Электрическая подводная лодка Super Sub

▪ Однокристальная система MT7628 для Wi-Fi 2T2R 802.11n

▪ Компьютерные дисплеи вместо очков и контактных линз

▪ Анонсирован новый референсный дизайн цифровых фотокамер

▪ Мозг птицы координирует слаженность пения в лесном хоре

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инфракрасная техника. Подборка статей

▪ статья Водить за нос. Крылатое выражение

▪ статья Где растут орехи? Подробный ответ

▪ статья Ссадины и царапины. Медицинская помощь

▪ статья Автомат - выключатель освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зарядное устройство для восстановления емкости батареек. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026