Застекленное буферное пространство

Экономим энергию: застекленное буферное пространство

Для обогрева современных домов все шире внедряют так называемые пассивные и активные солнечные системы, в которых используется такое явление, как фототермическая конверсия (преобразование солнечного излучения в тепловую энергию).

Основа пассивного строительства — формирование здания таким образом, чтобы сделать возможным максимальний отбор солнечной энергии с последующим рациональным ее использованием. Среди архитекторов и инвесторов приобретает все большую популярность компонирование дома с застекленными буферными зонами — зимним садом, верандами и лоджиями.

Такие решения, правда с другой целью, применялись всегда. Строили застекленные помещения чаще с рекреационной целью — как место товарищеских встреч или для выращивания экзотических растений, которые нуждаются в теплом климате. Зимние сады викторианской эпохи были местом отдыха и развлечений зажиточного мещанства. Только в результате энергетического кризиса 70-х годов XX века такими об объектами заинтересовались учитывая возможности пассивного использования солнечной энергии. Внедрение «солнечных зон» (sunspaces) в строительство способствовало появлению новых экологических направлений в архитектуре и нового взгляда на жилой дом.

В настоящее время сооружается множество объектов, важным элементом которых является зимний сад. Идея застекленных буферных зон идеально вписывается в модное направление экологического проектирования, основной принцип которого — улучшать природными способами микроклимат жилых помещений. Застекленные солнечные зоны приобретают популярность не только из эстетических и функциональных соображений (как и сто лет назад), но и энергетических. Такую тенденцию поддерживают проектные и исполнительные фирмы, предлагая эстетично выполненные приусадебные теплицы.

Однако инвесторы, определяясь с современным решением, стремятся получить не просто эстетически хороший строительный объект (на чем в первую очередь сосредоточены и архитекторы, не считая энергетических аспектов), но и вариант с дополнительным источником тепла. Строительные фирмы часто с энтузиазмом пропагандируют зимние сады как гелиоактивные элементы, которые обеспечивают лишь «прибыль» тепла независимо ни от каких условий, как будто они имеют положительные термоэнергетические характеристики сами по себе. Заказчика же прежде всего интересует подробная информация о функциях, принципы работы и методы формирования застекленной буферной зоны (пространства), чтобы определить стоимость и возможные энергетические поступления. К сожалению, большинство продавцов «кормит» клиентов оптимистичными данным, а проектировщики фокусируют внимание на конечной сдаче объекта, забывая, что они ответственны не только за эстетическую составляющую здания.

Архитектурные формы существенно влияют на энергетические характеристики сооружения. Поэтому проектировщик ни в коем случае не должен забывать о принципах формирования энергосберегающего дома. Устройство в дома застекленного буферного пространства имеет смысл при соблюдении определенных условий как во время творческого, концептуального процесса, так и во время строительства.


Общие принципы

Энергия солнца пассивно используется в любом доме. Немного солнечного излучения поглощается непрозрачными внешними стенами, значительно больше поступает в дом через прозрачные перегородки — окна и другие застекленные поверхности.

Буферная зона зачастую является сочетанием двух систем получения тепла — системы непосредственного поступления тепла и аккумуляционной стены. Это пространство и остальная часть дома, отделенные общей стеной, представляют собой две отдельные зоны с различными функциями.

Главная задача буферных зон — сбор энергии солнечного излучения через большие застекленные площади. Второй задачей является аккумулирование накопленного тепла и отдача его остальной части дома, в случае необходимости.

Солнечное пространство отделяется от остальных помещений солидной стеной, которая аккумулирует тепло, поступающее в течение дня. Одновременно эта стена является защитой для остальных помещений в случае охлаждения буферной зоны зимой или слишком большого перегрева летом. В отдельных случаях даже не нужно применять традиционные методы отопления — соответствующее проектирование позволяет получать энергию из окружающей среды. Правда, при таких решениях существует вероятность периодического перегрева помещений (преимущественно летом). Определенным недостатком, ограничивающим время бытового использования буферного пространства, являются суточные колебания температуры в зоне помещения. Зона буферного пространства традиционным способом не отапливается — там нет радиаторов. Получая тепло от солнца, эта зона позволяет экономить энергию от источника тепла, который обогревает остальную часть дома. Эта зона является своеобразным буфером, защищает помещение от экстремальных погодных условий и одновременно делает возможным полезное применение доступной энергии солнечного излучения.

Современное архитектурное решение "Зимнего сада"

Современное архитектурное решение «Зимнего сада»

Буферная зона является элементом сочетания внутреннего пространства дома с внешним окружением. В небольших жилых домах ее роль успешно выполняют достроенные или частично встроенные в массив дома оранжереи, веранды или теплицы.

Разнообразить формы и создать интересные пространственные эффекты можно, если на основной массив нанести элементы защитной стены, соединений, галерей, — в зависимости от видения архитектора и функций, которые подобные элементы будут выполнять. Функции могут быть эстетическими и прикладными, например если веранда или оранжерея является элементом дополнения общей комнаты или столовой, рекреационным помещением. Такие элементы могут успешно стать частью системы пассивного обогрева дома, одновременно выполняя функцию термической защиты дома, что способствует уменьшению теплопотерь в пасмурные дни. В любое время года буферное пространство образует зону с более высокой температурой, нежели снаружи. Солнечные лучи легко проникают в дом через застекленные поверхности, что способствует существенному ограничению теплопотерь по сравнению с типичными системами непосредственного получения тепла, то есть с окнами.


Приспособление дома к использованию солнечного излучения

При условии профессионального выполнения в соответствии с проектом, достройка «зимнего сада» обеспечивает немало преимуществ. К этим преимуществам, кроме порции дополнительного тепла (а следовательно меньших счетов за отопление), следует отнести дополнительную площадь и освещение, безусловно, каждого из нас привлечет перспектива получать экологически чистую, безопасную на 100% природную энергию, не обремененную никакими эмбарго, политической конъюнктурой, авариями сети и воздействием атмосферных условий.

Чтобы обеспечить качественную работу «зимнего сада» как элемента солнечного коллектора, следует прежде позаботиться о воздухообмене, то есть об эффективной вентиляции. Для этого предлагается устанавливать мансардные окна, открывающиеся  механическим или электрическим управлением и возможностью присоединения к системе погодной автоматики. Нужны также устройства для гравитационной или принудительной (механической) вентиляции. Наиболее рекомендованной системой вентиляции является применение механического вентилятора на крыше и гравитационной вытяжки в нижней части стены, — при движении воздуха сверху вниз эффекта «замерзших ног» возникать не будет.

Возможность использования энергии солнечного излучения в строительстве способствовала более комплексному взгляду на дом в энергетическом, экологическом и экономическом аспектах.

Особенно важными элементами нетрадиционных «солнечных» решений является ориентация и конфигурация дома, пространственная и функциональная системы, строительные материалы, структура, тип и расположение термической изоляции и остекленных поверхностей.

Буферное пространство является зоной специального назначения, поэтому нуждается в особенном подхода к внешнему и внутреннему формированию. Желательно, чтобы застекленные внешние стены были наклонными. «Зимние сады» часто имеют собственные отклонения от вертикальной стены, что увеличивает эффективность получения солнечной энергии. Многочисленные исследования подтвердили, что «зимний сад» с наклонными стенами или покатой крышей получает больше солнечной энергии, чем зона такой же площади с вертикальными стенами и плоской крышей. Конечно, строительство наклонных стен требует больше средств,прежде всего на выполнение нестандартной конструкции. Здесь и стоит отметить, что летом в таких зонах повышается риск перегрева помещения.

Вариант застекления буферного пространства

Вариант застекления буферного пространства

Эффективный в наших широтах угол наклона для стен — 45-65 °. Эффективность отбора солнечной энергии определяется в сравнении положений застекленной площади при условии различных углов наклона к горизонтали. В холодном солнечном климате лучше работают поверхности с меньшим углом наклона,вместо этого в мягком, с переменной облачностью — с большим углом. Высота , ширина и угол наклона застекленной поверхности часто зависят от размеров домов.  Енергетически эффективный наклон застекленных поверхностей часто оказывается решением, далеким от традиционного понятия эстетики и не всегда соответствующим архитектурному стилю всего дома. Причем воплощение подобных решений обычно связано с дополнительными средствами и сложностью исполнения. Часто снег, лежащий на плоскостях, затрудняет проникновение солнечных лучей. Поэтому необходимо еще на этапе проектирования тщтельно  проработать все стратегические детали. Для наклонных стен сложнее выполнить защиту от солнца и холода. Кроме того, большая поверхность под наклоненной стеной «выпадает» из пользования, уменьшает полезную площадь помещения. Оптимальным вариантом являются вертикальные стены, органично сочетаются с традиционной (чаще всего) архитектурой, не создавая риска перегрева или протекания (намокания) дома. Однако на них попадает значительно меньше солнечной энергии. Поэтому во время проектирования стоит сочетать преимущества обеих систем — вертикальные стены и наклонная застекленная крыша.

В ходе формирования буферного пространства нужно очень внимательно проанализировать все факторы влияния на комфортабельность пользования помещениями и на эффективность получения тепла от инсоляции.

Первым шагом должен быть анализ местного климата: главных направлений ветра, наличие или отсутствие воздушных коридоров, вызывающих порывы воздуха. Ограничить охлаждения дома, обусловленное зимним ветром, поможет рациональное расположение застекленного помещения. Следующий важный шаг — расположение объекта, т.е. буферного пространства, в отношении сторон света — лучше перпендикулярно к направлению солнечного излучения. Правда, это направление довольно сложно определить однозначно, ведь — излучение поступает практически отовсюду в виде отраженных и рассеянных лучей.

Основная задача проектировщика – обеспечить такую ​​ориентацию застекления, которая обеспечивала бы поступления солнечной энергии в буферную зону максимально возможным. Для этого следует применить несколько простых принципов:

  • Застекленное помещения целесообразнее расположить на южной стороне. Если через определенные обстоятельства такое ориентирование обеспечить невозможно или нежелательно из практических соображений (сложность выполнения или, часто, принадлежность к объекту,который модернизируют, рельеф местности, иногда — красивый пейзаж и т.п.) , то допускается незначительное отклонение от этого направления — до 30 °. Часто выгодную ориентацию остекления исключают и такие факторы, как ориентация земельного участка и улиц, зеленые насаждения.
  • Южная ориентация аккумуляционной стены — наиболее эффективная (поверхность генерирует больше тепла), а дополнительная застекленная поверхность восточного и западного направления может ограничить  количество излучения, попадающего на нее. Западная ориентация нежелательна, поскольку летом помещения перегреваются, особенно если буферное пространство ничем не прикрытый и не защищен от перегрева.
  • Если застекленную поверхность рассматривать как коллектор для «зимнего сада», то западных и восточных окон нужно избегать, поскольку потери будут двойными. Во-первых, через застекленность проходит тепло; во-вторых, солнечное излучение будет «убегать» сквозь застекленную плоскость южной ориентации, отражаясь от внутренних стен или мебели.
  • Выполнение объектов такого типа с северной стороны не только не обеспечит ожидаемого поступления солнечной энергии, но и повлечет дополнительные теплопотери.

Определяясь с местом расположения дома на участке, следует обратить внимание на вероятность затенения его деревьями, соседними домами или другими объектами, так как это негативно повлияет на эффективность проникновения солнечных лучей в буферное пространство.


Способ отделки и материалы

Зимний сад нужно располагать на отдельном фундаменте, соответственно соединив его с домом, или на террасе. Его конструкция зависит от величины сада, его функций и типа почвы под домом. Для защиты от намокания и замерзания следует выполнить качественную гидроизоляции и армированную бетонную подушку, не забывая об эффективной системе слива дождевой воды. Фундамент должен выступать из почвы минимум на 15 см, чтобы дождевые капли ударяясь о землю или тротуар, загрязняли стены объекта.

Внешние не застекленные стены зимнего сада (например с восточной или западной стороны) нужно хорошо теплоизолировать, чтобы исключить теплопотери.

Несущую конструкцию можно изготовить из дерева, ПВХ или алюминия. При формировании пространства зимнего сада нужно учитывать общую архитектуру и размер дома.

Одним из важных параметров, от которого зависит качество объекта как солнечного коллектора и объем полученного тепла, есть доля остекления  относительно целого объекта. Солнечные лучи сквозь стекла проникают в помещение, однако определенная доля излучения отражается от них или поглощается материалом. Количество отраженного излучения зависит от свойств материала и от угла падения солнечных лучей на застекленную поверхность.

Для объектов специального назначения часто применяют материалы со специальными свойствами, чаще всего — стекло, покрытое слоем материала, который позволяет контролировать количество света и тепла, поступающих в помещение. Чтобы увеличить объемы поступления тепла, применяют антирефлекторное покрытие, которое ограничивает отражение лучей. Обычно это окна с тремя или четырьмя стеклами, в которых антирефлекторное покрытия находится внутри. Стоимость таких окон достаточно высока, однако подобный вариант вполне себя оправдывает.

В отличие от отражения солнечного излучения, абсорбция является желательным фактором тепловой эффективности дома. Солнечные лучи нагревают стекла. Однако следует помнить: увеличение аккумуляции тепла не идет в паре с увеличением пропускной способности стекла; наоборот, часть ее материал теряет. Кроме того, заслуживают внимания материалы со способностью распылять свет во внутреннем пространстве помещения, когда рассматриваются возможности удержания естественного освещения без эффекта ослепления в помещении.

Пример застекленного внутреннего буферного пространства

Пример застекленного внутреннего буферного пространства

Внешнее остекление буферного пространства обычно проектируют как композицию из нескольких слоев с различными свойствами. Однако не следует забывать, что каждый последующий слой уменьшает способность остекление пропускать солнечные лучи в помещение.

Чаще всего для остекления буферного пространства используют стекло, характеризующееся высокой пропускной способностью солнечного излучения одновременно со стойкостью к разрушительному воздействию ультрафиолета, химических средств, царапин. Правда, большой вес остекления обусловливает необходимость солидной несущей конструкции. Альтернативой стеклу сегодня могут быть синтетические материалы — простые в обработке, прочные, стойкие к воздействию высоких температур. Однако по сравнению со стеклом они менее устойчивы к ультрафиолетовому излучению (характерный признак этого — изменение окраски), химических средств и царапин, а также недостаточно стойкие к длительным или внезапных изменений атмосферных условий. Для повышения прочности и долговечности синтетических материалов их укрепляют стекловолокном.

Очень важным элементом застекленного буферного пространства является внутренняя отделка. Она должна характеризоваться аккумуляционными свойствами и обеспечивать теплоемкость строительных перегородок, достаточную для поглощения избытка тепла, поступающего днем, и отдачи его ночью с целью длительного содержания в помещении оптимальной температуры без включения дополнительного источника обогрева. Поэтому проектировщик должен позаботиться о выборе соответствующих материалов и об оптимальном расположении аккумуляционных перегородок относительно к элементам, которые станут коллекторами, а также определить общую площадь и оптимальную толщину слоев с требуемым уровнем теплоемкости. Стены между буферным пространством и остальной частью дома должны быть массивными, неизолированными и хорошо аккумулировать тепло.

Если в помещениях будет функционировать система непосредственного отбора тепла, то выгоднее проектировать большие, равномерно расположены аккумуляционные перегородки. Отношение площади аккумуляционных перегородок к площади южных окон должно составлять не менее 6:1. Если в помещении есть только одна массивная перегородка — стена (лучше, если бы она была напротив южного окна) или пола, — то ее фактуру и цвет следует подбирать таким образом, чтобы облегчить поглощение солнечного излучения. В зоне прямого попадания солнечных лучей не стоит располагать темные элементы интерьера малой теплоемкости. Их целесообразнее располагать в глубине помещения, где действует только рассеяное излучение,и в зоне усиленной конвекции. Навешивания картин и декоративных элементов на стенах, предназначенных для поглощения тепла, укладка ковров или коврового покрытия на массивном полу, — все это существенно ограничивает их аккумуляционную способность.

Толщина внутреннего, теплоаккумуляционного покрытия зависит от типа применяемого материала. Слишком тонкий аккумулирующий слой непригоден для быстрого поглощения избытка тепла, и в результате помещения перегревается, а следовательно увеличиваются теплопотери. Порой перегородки выполняют слишком массивные, и в пасмурную погоду возрастает потребность в тепле, поскольку с такой перегородки затрудняется  теплоотдача в помещение. Накопленное солнечное тепло должно свободно проникать в жилые помещения, обеспечивая комфортный микроклимат их жителей, и немаловажную роль в этом играет застекленная буферная зона.

0 комментариев

Оставить комментарий

Хотите присоединиться к дискуссии?
Приглашаем поучаствовать!

Добавить комментарий