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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Долгоживущая органическая полимерная батарея 15.10.2025 Международная команда ученых из Китая и Сингапура представила органическую полимерную батарею, которая сочетает высокую энергоемкость с рекордным сроком службы и стабильностью работы. Эта разработка демонстрирует эффективность, ранее доступную преимущественно неорганическим системам хранения энергии. Исследование проводилось совместно специалистами из Нанкинского университета почтовой и телекоммуникационной связи, Национального университета Сингапура, Института нанотехнологий и нанобионики в Сучжоу и A-STAR. Ученые создали новый полимер HAT-TP, основанный на гексаазатрифенилене, который обеспечивает начальное напряжение разряда 1,32 В и сохраняет 93,4% емкости после 40 000 циклов зарядки. Эти показатели являются одними из лучших среди водных цинк-органических аккумуляторов. Полимер HAT-TP получают путем соединения гексаазатрифенилена (HAT-CN) и гексааминтриптицена (THA-NH2) в трехмерную пористую структуру. Такая архитектура снижает растворимость материала и одновременно увеличивает количество активных участков для взаимодействия с ионами. Пористое 3D-строение подтверждено методами рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии, ядерного магнитного резонанса и электронной микроскопии. Испытания батареи показали, что она сохраняет стабильность емкости на уровне более 93% после десятков тысяч циклов, а кулоновская эффективность достигает почти 100%. Профессора Чаобин Хэ, Венйонг Лай и Цичун Чжан объясняют это оборотным механизмом ко-вставки ионов цинка (Zn2?) и протонов (H?), что обеспечивает пятиэлектронный обмен и высокую активность материала. HAT-TP отличается высокой энергоемкостью - до 192,8 Вт·ч/кг, что делает ее перспективной не только для стационарных систем хранения энергии, но и для гибкой электроники. Отсутствие токсичных металлов в составе материала повышает безопасность эксплуатации и снижает экологический след по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Такая долговечная батарея открывает новые возможности для разработки устойчивых энергетических систем. Она может быть использована как в бытовых и промышленных энергосетях, так и в портативной электронике, где важны легкость, надежность и длительный срок службы. Экологичность, энергоемкость и рекордный ресурс делают HAT-TP важным шагом в развитии органических аккумуляторов, способных конкурировать с традиционными технологиями и продвигать рынок устойчивых источников энергии на новый уровень.

Другие интересные новости:

▪ SSD типоразмера 1,8 дюйма интерфейсом SAS

▪ Samsung Galaxy Note 3

▪ MAX44291 - новый малошумящий ОУ с низким температурным дрейфом

▪ Функция Adaptive Thermal снизит перегрев смарфонов

▪ Голограмму можно потрогать

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Укрощение строптивой. Крылатое выражение

▪ статья На меху какого животного растут сине-зеленые водоросли? Подробный ответ

▪ статья Бобы мунг. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Подключение звуковой карты к телефонной линии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бесконечный палец. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026