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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Стандарт DisplayPort 1.3 с пропускной способностью 32,4 Гбит/с 22.09.2014 Опубликован стандарт DisplayPort 1.3 отраслевой организации Video Electronics Standards Association (VESA). По сравнению с текущей версией DisplayPort 1.2a увеличение пропускной способности достигло 50%, или 32,4 Гбит/с (в каждой из четырех линий 8,1 Гбит/с). Если учесть накладные расходы на передачу, несжатый поток видео может передаваться со скоростью 25,92 Гбит/с. Благодаря увеличению пропускной способности разрешение мониторов может быть повышено. Теперь один кабель DisplayPort позволяет подключить монитор даже с разрешением 5K (5120x2880 пк). Разрешение при подключении нескольких мониторов к одному порту с применением технологии DisplayPort Multi-Stream также повысилось. К примеру, можно обеспечить подключение двух мониторов 4K (3840x2160 пк), применив синхронизацию VESA Coordinated Video Timing. В стандарте DisplayPort 1.3 по-прежнему имеется возможность преобразования видео в HDMI, VGA и DVI. Теперь предусмотрена поддержка HDCP 2.2 и HDMI 2.0 с CEC (Consumer Electronics Control), благодаря чему возможности применения DisplayPort в телевизионных приложениях стали более широкими, и включают работу с видео 4K с защитой от несанкционированного копирования. В новом стандарте имеется поддержка формата 4:2:0, который широко используется в потребительских телевизионных интерфейсах. Также улучшены возможности передачи по DisplayPort других данных одновременно с видео, к примеру USB 3.0. Стандарт доступен бесплатно для членов VESA.

Другие интересные новости:

▪ Собаки способны обнаруживать тепловое излучение

▪ Изменение скорости движения отдельных объектов на видео

▪ Новая наука - судебная сейсмология

▪ Фитнес против рака

▪ Сердце с автоподзаводом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители низкой частоты. Подборка статей

▪ статья Морган Томас. Биография ученого

▪ статья Какую пользу приносит снег? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела электросвязи. Должностная инструкция

▪ статья Музыкальный звонок на микроконтроллере с возможностью замены мелодий без использования программатора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулятор мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026