Кіріспе

Күн сәулесін электрлік немесе механикалық жүйелерсіз пайдаланатын архитектуралық инженерия. Пассивті күн энергиясын пайдалану арқылы үйлерді жобалауда терезелер, қабырғалар және едендер күн энергиясын жинау, сақтау, шағылыстыру және тарату үшін жасалады – қыста жылу түрінде, ал жазда күннің ыстығын қабылдамау үшін. Бұл пассивті күн энергиясын пайдалану жобасы деп аталады, себебі активті күн энергиясын жылыту жүйелерінен өзгеше, ол механикалық және электрлік құрылғыларды қолдануды қажет етпейді. Пассивті күн энергиясын пайдалану арқылы үйді жобалаудың кілті – жергілікті климатты ең тиімді пайдалану және нақты жер талдау жасау. Назарға алынуы тиіс элементтерге терезелердің орналасуы мен көлемі, шыны түрі, жылу оқшаулағышы, жылу сыйымдылығы және көлеңкелендіру жатады. Пассивті күн энергиясын пайдалану техникаларын жаңа ғимараттарға оңай қолдануға болады, бірақ қолданыстағы ғимараттарды да бейімдеуге немесе "жаңартуға" болады.

Пассивті энергияны алу

Пассивті күн энергиясы технологиялары күн сәулесін белсенді механикалық жүйелерсіз пайдаланады (жылу коллекторларын пайдаланатын белсенді күн энергиясынан өзгеше). Бұл технологиялар күн сәулесін пайдалы жылуға (су, ауа және жылу сыйымдылығына) айналдырады, желдету үшін ауа ағымын қамтамасыз етеді немесе басқа энергия көздерін аз қолдана отырып, кейінірек пайдалануға мүмкіндік береді. Көрініс берген мысал – ғимараттың экваторға қараған жағындағы күн бөлмесі. Пассивті салқындату – жазғы салқындату қажеттіліктерін азайту үшін ұқсас жобалау принциптерін қолдану. Кейбір пассивті жүйелер демпферлерді, жалюзилерді, түнгі жылу оқшаулауды және күн энергиясын жинау, сақтау және пайдалануды жақсартатын, ал немесе негізсіз жылу беруді азайтатын басқа да құрылғыларды басқару үшін аз мөлшерде дәстүрлі энергияны қолданады. Пассивті күн энергиясы технологияларына кеңістікті жылыту үшін тікелей және жанама күн сәулесін пайдалану, термосифонға негізделген күн су жылыту жүйелері, ішкі ауа температурасының өзгеруін баяулату үшін жылу сыйымдылығы мен фазалық өзгеріс материалдарын қолдану, күн пештері, табиғи желдетуді күшейту үшін күн шахтасы және жерге көму кіреді. Көбінесе, күн технологияларына күн пештері де жатады, бірақ олардың шоғырландыратын айналарын немесе қабылдағыштарын бағыттау үшін көбінесе сыртқы энергия қажет болады және тарихи тұрғыдан алғанда, олар кеңінен қолдану үшін тиімді немесе экономикалық жағынан ұтымды болып табылған жоқ. Кеңістік пен суды жылыту сияқты "төмен сапалы" энергия қажеттіліктері, уақыт өте келе күн энергиясын пассивті пайдаланудың тиімдірек салалары болып көрінді.

Ғылым ретінде

Пассивті күн сәулелі үйлерді жобалаудың ғылыми негізі климатология, термодинамика (әсіресе жылу алмасу: өткізгіштік (жылу), конвекция және электромагниттік сәулелену), сұйықтар механикасы/табиғи конвекция (электр энергиясын, желдеткіштерді немесе сорғыларды қолданбай ауа мен судың пассивті қозғалысы) және адамдар мен жануарлар тұратын үйлер, күн бөлмелері, солярийлер мен өсімдіктер өсірілетін жылыжайлар үшін жылу индексі, психометрия және энтальпияны басқаруға негізделген адамның жылулық жайлылығын қамтиды. Назар аудару қажетті мәселелер: үйдің орны, орналасуы және күнге қарай бұрылуы, жергілікті күн жолы, күн сәулесінің басым деңгейі (ендік/күн сәулесі/бұлттар/жауын-шашын), жобалау және құрылыс сапасы/материалдары, терезелер мен қабырғалардың орналасуы/өлшемі/түрі және жылу сыйымдылығы бар күн энергиясын сақтайтын жылу массасын енгізу. Бұл факторлар кез келген үйге қатысты болғанымен, ең тиімді және экономикалық жағынан оңтайлы шешімге қол жеткізу үшін осы ғылыми принциптерді мұқият, жүйелі және кешенді түрде инженерлік жағынан интеграциялау қажет. Компьютерлік модельдеудің (мысалы, АҚШ Энергетика департаментінің "EnergyPlus" үй энергиясын симуляциялау бағдарламалық құралы) және 1970-ші жылдардағы энергетикалық дағдарыстан бері жинақталған тәжірибелерді пайдалану функционалдылықты немесе эстетикалық көріністі құрбан етпей, энергияны үнемдеуге және экологиялық зиянды азайтуға мүмкіндік береді. Шындығында, күн бөлмесі/солярий сияқты пассивті күн сәулелі үй элементтері тұрғын үйдің жайлылығын, жарықтандыруын, көрінісін және құндылығын арттыра алады, бұл кеңістіктің бір бірлігі үшін төмен құнмен мүмкін болады. 1970-ші жылдардағы энергетикалық дағдарыстан бері пассивті күн сәулелі үйлерді жобалау туралы көп нәрсе білінді. Көптеген ғылыми емес, интуицияға негізделген және қымбат құрылыс эксперименттері толық энергияны үнемдеуге – жылыту және салқындату шығындарын жоюға тырысып, сәтсіз аяқталды. Пассивті күн сәулелі үйлерді салу қиын немесе қымбат болмауы мүмкін (қазіргі материалдар мен технологияларды пайдалану), бірақ ғылыми пассивті күн сәулелі үйлерді жобалау – бұл тривиальды емес инженерлік жұмыс, ол бұрынғы тәжірибелерден алынған сабақтарды зерттеуді және симуляциялық кіріс пен нәтижелерді бағалау мен жақсарту үшін уақытты қажет етеді. Құрылыс аяқталғаннан кейін бағалаудың ең пайдалы құралдарының бірі – термографияны, цифрлық тепловизорлық камераларды қолдану арқылы формалды сандық ғылыми энергетикалық аудит жүргізу. Тепловизорлық суреттердің көмегімен жылу өнімділігі нашар аймақтарды, мысалы, қысқы суық түндерде немесе ыстық жазғы күндерде шатырдың бұрышты әйнегінің немесе люктің термиялық әсерін анықтауға болады. Соңғы үш онжылдықта алынған ғылыми сабақтар күрделі, кешенді үй энергиясын симуляциялайтын компьютерлік бағдарламалық жүйелерде (мысалы, АҚШ DOE Energy Plus) жинақталды. Ғылыми пассивті күн сәулелі үйлерді жобалау, өнімнің тиімділігін арттыру үшін шығындарды есептеу жаңадан бастаушылар үшін оңай емес. Күрделілігінің жоғары деңгейі нашар архитектураға және көптеген интуицияға негізделген, ғылыми емес құрылыс эксперименттеріне әкелді, олар дизайнерлерді көңіліне түсірмейді және құрылыс бюджетінің маңызды бөлігін тиімсіз идеяларға ысыраптайды. Ғылыми жобалау мен инженерлік жұмыстардың экономикалық себебі маңызды. Егер ол 1980 жылдан бастап жаңа үйлерді салу кезінде кеңінен қолданылса (1970-ші жылдардағы сабақтарға негізделген), АҚШ жылына қымбат энергия мен ластанудан 250 миллион доллардан астам үнемдей алатын еді. Оңтүстік жарты шарда керісінше байқалады, бірақ күн шығыстан туып, батысқа қарай батуы, сіз қай жарты шарда тұрғаныңызға қарамастан, өзгермейді. Экваторлық аймақтарда, 23,5 градустан төмен ендікте, күннің орта тұсындағы орны жыл бойы солтүстіктен оңтүстікке қарай өзгереді. Солтүстік немесе оңтүстік полюстерден 23,5 градусқа жақын аймақтарда жаз айларында күн аспанда толық айналым жасап, батпайды, ал қыс айларында ол көкжиектің үстінен көрінбейді. Күннің орта тұсындағы биіктігінің қыс пен жаз айларындағы 47 градустық айырмашылығы пассивті күн сәулелі үйлерді жобалаудың негізін құрайды. Бұл ақпарат жергілікті климаттық деректермен (градус-күн) жылу және салқындату талаптарымен біріктіріліп, жылдың қай уақытында күн сәулесі жылулық жайлылық үшін пайдалы болады және оны көлеңкемен жабу қажеттігін анықтауға көмектеседі. Күн сәулесінің мөлшерін жыл бойы бақылап отыру үшін терезелер мен көлеңке құрылғыларын стратегиялық түрде орналастыру қажет. Пассивті күн сәулелі үйлерді жобалаудағы мәселелердің бірі – күннің солтүстік және оңтүстік жарты шарда күн тоқырауына дейін алты апта бұрын және кейін бірдей жағдайда болғанымен, жердің жылу массасынан туындаған «жылу кешігуі» салдарынан температура мен күн сәулесінің қажеттіліктері жазғы немесе қысқы күн тоқырауына дейін және кейін өте әртүрлі болады. Қозғалмалы жалюзилер, көлеңкелер, экрандар немесе терезе жамылғыштары күннің күндізгі және сағаттық қажеттіліктерін қанағаттандыра алады. Бөлмелерді мұқият орналастыру пассивті күн сәулелі үйлерді жобалауды аяқтайды. Тұрғын үйлер үшін кең таралған ұсыным – күн ортасына қарап тұратын тұрғын бөлмелерді және оған қарама-қарсы жатқан жатын бөлмелерді орналастыру. Гелиодон – архитекторлар мен дизайнерлер күн жолын модельдеуге көмектесетін дәстүрлі қозғалмалы шам. Қазіргі заманда 3D компьютерлік графика бұл деректерді визуализациялай алады және өнімділікті болжауды есептей алады.

Конвективті жылу беру

Конвекциялық жылу беру пайдалы немесе зиянды болуы мүмкін. Нашар изоляциялау / ауа тығыздағыштары / желдеткіштердің жеткіліксіздігі салдарынан бақыланбайтын ауаның кіруі қыс айларында жылудың 40%-ға дейін жоғалуына себеп болуы мүмкін; алайда, жақсы орналастырылған ашылатын терезелер немесе желдеткіштер сыртқы ауаның қолайлы температурасы мен ылғалдылығы болғанда конвекцияны, көлденең желдетуді және жазғы салқындатуды жақсарта алады. Сүзгіленген энергияны қайтару желдету жүйелері сүзгіленбеген желдету ауасындағы немесе сыртқы ауадағы артық ылғалдылықты, шаңды, гүл тозаңын және микроорганизмдерді жоюға көмектеседі. Табиғи конвекция, яғни жылы ауаның көтерілуі және салқын ауаның түсуі, жылудың біркелкі емес қабаттануына әкелуі мүмкін. Бұл кондицияланған кеңістіктің жоғарғы және төменгі бөліктерінде температураның қолайсыз өзгеруіне, ыстық ауаны шығаруға немесе күн жылуын пассивті түрде тарату және температураны теңестіру үшін табиғи конвекциялық ауа ағыны циклы ретінде жобалануы мүмкін. Адамның терлеу және булану арқылы салқындауы желдеткіштердің табиғи немесе күшті конвекциялық ауа ағыны арқылы жеңілдетілуі мүмкін, бірақ төбелік желдеткіштер бөлменің жоғарғы жағындағы қабатталған жылу оқшаулағыш ауа қабаттарын бұзып, ыстық шатырдан немесе жақын жердегі терезелерден жылудың жылдамдауына ықпал етуі мүмкін. Сонымен қатар, жоғары салыстырмалы ылғалдылық адамның булану арқылы салқындауын тежейді.

Тікелей күн жүйесі

Тікелей пайдалану пассивті күн жүйесінде ішкі кеңістік күн коллекторы, жылуды сіңіруші және тарату жүйесі ретінде қызмет етеді. Солтүстік жарты шарда оңтүстікке қараған шыны (Оңтүстік жарты шарда солтүстікке қараған) ғимараттың ішкі жағына күн энергиясын өткізеді, онда ол тікелей (радиациялық энергияны сіңіру арқылы) немесе жанама (конвекция арқылы) жылу массасын – мысалы, бетон немесе кірпіш едендер мен қабырғаларын – жылытады. Едендер мен қабырғалар жылу массасы ретінде ғимараттың құрылымдық бөліктері болып табылады және күндізгі жылудың қарқындылығын теңдестіреді. Түнде жылу массасы жылуды ішкі кеңістікке сәулелендіреді. Суық климатта күнмен теңдестірілген ғимарат – тікелей пайдалану пассивті күн жүйесінің ең қарапайым түрі, ол оңтүстікке қараған шынылау ауданын (сәл) ұлғайтуды қамтиды, қосымша жылу массасын қоспай. Бұл ғимарат қаптамасы жақсы оқшауланған, шығыс-батыс бағытында созылған және терезелерінің үлкен бөлігі (~80% немесе одан да көп) оңтүстік жағында орналасқан тікелей пайдалану жүйесінің түрі. Онда ғимаратта бар болғаннан басқа термиялық массасы аз (яғни, тек қаңқа, қабырға панельдері және т.б.). Күнмен теңдестірілген ғимаратта оңтүстікке қараған терезе ауданы жалпы еден ауданының шамамен 5-7%-ына дейін, ал күн бұлтты болғанда одан да аз болуы керек, артық қыздырудың алдын алу үшін. Оңтүстікке қараған қосымша шынылау тек жылу массасы артқан жағдайда ғана қолданылуы мүмкін. Бұл жүйемен энергияны үнемдеу шамалы, ал күнмен теңдестіру өте төмен құнмен жүзеге асырылады. Нағыз тікелей пайдалану пассивті күн жүйелерінде ішкі ауа температурасының үлкен ауытқуларын болдырмау үшін жеткілікті жылу массасы қажет; күнмен теңдестірілген ғимаратқа қарағанда көбірек жылу массасы қажет. Жеткіліксіз немесе дұрыс есептелмеген жылу массасы ғимараттың ішкі жағының артық қызуына әкелуі мүмкін. Едендердің, қабырғалардың және төбелердің ішкі бетінің шамамен жартысынан екі үшін бір бөлігі жылу сақтау материалдарынан жасалуы тиіс. Жылу сақтау материалдарына бетон, саманнан жасалған үй, кірпіш және су жатады. Едендер мен қабырғалардағы жылу массасы функционалдық және эстетикалық тұрғыдан мүмкін болғанша ашық болуы керек; жылу массасы тікелей күн сәулесіне ұшырауы керек. Қабырғадан қабырғаға төселген кілемдер, үлкен кілемдер, кең жиһаз және қабырғаға ілінген үлкен заттардан аулақ болу керек. Әдетте, оңтүстікке қараған әрбір 1 фут² шыныға шамамен 5-10 фут³ жылу массасы қажет (1 м³ 5-10 м² үшін). Қабырға және еден жабындары мен жиһаздарды ескергенде, бұл әдетте оңтүстікке қараған шынының 5-10 фут²/фут² (5-10 м²/м²) шамасында, күн сәулесі бетке тікелей түсетініне байланысты. Ең қарапайым ереже – жылу массасының ауданы тікелей пайдалану коллекторының (шыны) ауданынан 5-10 есе үлкен болуы керек. Қатты жылу массасы (мысалы, бетон, кірпіш, тас және т.б.) қалыңдығы 100 мм-ден аспауы тиіс. Үлкен ашық беттері бар және күнінің кем дегенде бір бөлігінде (кем дегенде 2 сағат) тікелей күн сәулесіне ұшырайтын жылу массалары жақсы жұмыс істейді. Тікелей күн сәулесіне түсетін жылу массасы элементтерінің беттеріне орташа және қараңғы, жоғары сіңіру қабілеті бар түстер қолданылуы керек. Күн сәулесіне ұшырамайтын жылу массасы кез келген түсте болуы мүмкін. Жеңіл элементтер (мысалы, гипсокартон қабырғалары мен төбелері) кез келген түсте болуы мүмкін. Түнде және бұлтты күндері шыныны тығыз орнатылған, жылжымалы оқшаулау панельдерімен жабу тікелей пайдалану жүйесінің тиімділігін арттырады. Пластмасса немесе металл ыдысында сақталған және тікелей күн сәулесіне қойылған су, табиғи конвекциялық жылу берудің арқасында қатты массаға қарағанда жылдамырақ және біркелкірек қызады. Конвекция процесі сондай-ақ, қара түсті қатты масса беттері тікелей күн сәулесін қабылдағанда кейде болатындай, беттік температураның тым жоғары болуына жол бермейді. Климатқа және жеткілікті жылу массасына байланысты, тікелей пайдалану жүйесінде оңтүстікке қараған шыны ауданы еден ауданының шамамен 10-20%-ына дейін шектелуі керек (мысалы, 100 фут² еден ауданы үшін 10-20 фут² шыны). Бұл таза шыны немесе шынылау ауданына негіделгені жөн. Көптеген терезелердің таза шыны/шынылау ауданы терезе бірлігінің жалпы ауданының 75-85%-ын құрайды. Бұл деңгейден жоғары артық қызу, жарық және матаның солғындауы сияқты проблемалар туындауы мүмкін.

Тікелей емес күн жүйесі

Күштілікпен жанама пайдаланған пассивті күн жүйесінде жылу массасы (бетон, кірпіш немесе су) оңтүстікке қараған әйнектің тікелей артында және жылытылатын ішкі кеңістіктің алдында орналасқан, сондықтан тікелей жылыту болмайды. Массаның орналасуы күн сәулесінің ішкі кеңістікке түсуіне кедергі келтіреді және әйнектен көріністі бөгеуі мүмкін. Жанама пайдалану жүйелерінің екі түрі бар: жылу сақтағыш қабырға жүйелері және шатырлы су қойма жүйелері.

Термиялық сақтау (Тромб) қабырғалары

Термиялық сақтау қабырға жүйесінде, көбінесе Trombe қабырғасы деп аталады, массивті қабырға тікелей оңтүстікке қараған шынының артында орналасқан, ол күн энергиясын сіңіріп, оны түнде ғимараттың ішкі бөлігіне қарай таңдамалы түрде шығарады. Қабырға бетоннан, кірпіштен, саздан, тастан немесе қатты (немесе толтырылған) бетон блоктарынан тұрғызылуы мүмкін. Күн сәулесі шыны арқылы кіреді және бірден массалық қабырғаның бетінде сіңіріліп, материалдың массасы арқылы ішкі кеңістікке сақталады немесе өткізіледі. Жылу массасы күн энергиясын масса мен терезе арасындағы кеңістікке кірген кезде сіңіре алмайды. Осы кеңістіктегі ауа температурасы 120 °F (49 °C) жоғары болуы мүмкін. Бұл ыстық ауа қабырғаның жоғарғы жағында орналасқан жылуды тарату тежегіштері арқылы қабырғаның артқы жағындағы ішкі кеңістікке жіберілуі мүмкін. Бұл қабырға жүйесін алғаш рет 1881 жылы оның ойлап тапқан Эдвард Морз патенттеді. Феликс Тромбе, осы жүйе кейде оның атымен аталады, француз инженері болды, ол 1960 жылдары француз Пиренейінде осы дизайнды қолданып бірнеше үйлер салды. Термиялық сақтау қабырғасы әдетте 4-тен 16 дюймға (100-ден 400 мм-ге) дейін қалыңдықтағы қабырғадан тұрады, ол қараңғы, жылуды сіңіретін жабынмен (немесе таңдамалы бетпен) жабылады және жоғары өткізгіштігі бар шынының бір немесе екі қабатымен жабылады. Шыны әдетте қабырғадан 3/4 дюймнан 2 дюймға дейін орналастырылады, бұл кішкентай ауа кеңістігін жасайды. Кейбір конструкцияларда масса шыныдан 1-ден 2 футқа (0,6 м) дейін қашықтықта орналасқан, бірақ бұл кеңістік әлі де пайдаланбайды. Термомассаның беткі қабаты күн сәулесін сіңіріп, оны түнгі уақытта пайдалану үшін сақтайды. Тікелей пайдалану жүйесінен айырмашылығы, жылу сақтау қабырға жүйесі ішкі кеңістіктерде терезе аумағының артық болуын және жарқырауды болдырмай, пассивті күн жылытуын қамтамасыз етеді. Алайда, көріністер мен күндізгі жарықты пайдалану мүмкіндігі жойылады. Егер қабырғаның ішкі жағы ішкі кеңістікке ашылмаса, Trombe қабырғасының тиімділігі төмендейді. Қабырғаның ішкі бетіне орнатылған жиһаз, кітап сөрелері және қабырға шкафтары оның тиімділігін азайтады. Классикалық Trombe қабырғасы, сондай-ақ жалпылама желдетілетін жылу сақтау қабырғасы деп аталады, массалық қабырғаның төбесі мен еденінің деңгейлеріне жақын жұмыс істейтін тежегіштері бар, олар табиғи конвекция арқылы ішкі ауаның ағылуына мүмкіндік береді. Күн сәулесі әйнек пен қабырға арасындағы ауаны қыздырады және ол көтеріле бастайды. Ауа төменгі тежегіш арқылы тартылып, содан кейін күн сәулесімен қыздырылатын шыны мен қабырға арасындағы кеңістікке өтеді, температурасы артып, жоғары көтеріліп, содан кейін жоғарғы (төбелік) тежегіш арқылы ішкі кеңістікке шығады. Бұл қабырғаға тікелей жылытылған ауаны кеңістікке енгізуге мүмкіндік береді; әдетте шамамен 90 °F (32 °C) температурада. Егер тежегіштер түнде (немесе бұлтты күндері) ашық қалса, конвекциялық ауа ағыны кері айналып, сыртқа жылу шығындалады. Жылуды сақтау үшін тежегіштер түнде жабылуы керек, сондықтан сақтау қабырғасының ішкі бетінен сәулелі жылу ішкі кеңістікті жылытады. Жалпы, тежегіштер жаз айларында, жылу қажет болмайтын кезде де жабық ұсталады. Жаз айларында қабырғаның жоғарғы жағына орнатылған сыртқы ауа шығару тежегішін ашуға болады. Мұндай желдеткіш жүйе күндізгі ауамен ғимаратқа ауа ағызатын күн сәулесінің әсерінен жұмыс істейді. Ішкі ауаны желдететін жылу сақтау қабырғалары тиімсіз болып шықты, себебі олар күндіз ауа райының жұмсақ кезінде және жаз айларында тым көп жылу береді; олар жай ғана қызып, жайлылық мәселелерін тудырады. Көптеген күн энергиясын пайдалану мамандары жылу сақтау қабырғаларын ішкі кеңістіктерге желдеткіш жібермеу керектігін ұсынады. Trombe қабырға жүйесінің көптеген нұсқалары бар. Желдеткішсіз жылу сақтау қабырғасы (техникалық жағынан Trombe қабырғасы емес) сыртқы бетіне күн энергиясын сіңіріп, қызып, жылуды ішкі бетке өткізеді, онда ол ішкі қабырға бетінен күннің соңында ішкі кеңістікке сәулеленеді. Су қабырғасы жылу массасы ретінде су резервуарларынан немесе құбырларынан тұратын жылу массасының түрін пайдаланады. Әдеттегі желдеткішсіз жылу сақтау қабырғасы оңтүстікке қарай бетоннан немесе кірпіштен тұрады, сыртқы беті қараңғы, жылу сіңіретін материалдан жасалған және бір немесе екі қабатты шынымен жабылады. Жоғары өткізгіштігі бар шыны массалық қабырғаға күн сәулесінің әсерін арттырады. Шыны 3/4-тен 6 дюймға дейін қабырғадан орналастырылады (20-дан 150 мм-ге дейін), бұл кішкентай ауа кеңістігін жасайды. Шыны жақтауы әдетте металлдан (мысалы, алюминийден) жасалады, себебі винил жұмсарып, ағаш 180 °F (82 °C) температурада қабырғадағы шыны артында құрғап кетеді. Шыны арқылы өтетін күн сәулесінен жылу қараңғы бетке сіңіріліп, қабырғада сақталады және бірте-бірте кірістікке өткізіледі. Сәулеттік элемент ретінде, өрнекті шыны қабырғаның сыртқы көрінуін шектеуге мүмкіндік береді, бірақ күн сәулесінің өткізгіштігінен айырылмауға болады. Су қабырғасы жылу массасы ретінде қатты массалық қабырғаның орнына су контейнерлерін пайдаланады. Су қабырғалары әдетте қатты массалық қабырғалардан сәл тиімді болады, себебі олар сұйық судағы конвекциялық ағындардың дамуына байланысты жылуды тиімдірек сіңіреді. Бұл ағындар жылдам араласуға және жылудың ғимаратқа қатты массалық қабырғалармен қамтамасыз ете алмайтын жылдамдығымен ауысуына себеп болады. Сыртқы және ішкі қабырға беттері арасындағы температура айырмашылығы жылуды массалық қабырға арқылы өткізеді. Алайда, ғимарат ішінде күндізгі жылу пайдалану кешкі уақытта ғана қол жетімді болады, себебі күн батқан. Уақыт кешігуі - күн сәулесі алғаш рет қабырғаға соққан кез бен жылу ғимараттың ішкі бөлігіне кірген кез арасындағы уақыт айырмашылығы. Уақыт кешігуі қабырғада қолданылған материалдың түріне және қабырғаның қалыңдығына байланысты; қалыңдығы жоғары болғанда уақыт кешігуі де жоғары болады. Жылу массасының уақыт кешігуі сипаттамасы, температураның өзгеруін басумен бірге, күндізгі күн энергиясын біркелкі түнгі жылу көзі ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Жарамды жарықтандыру немесе эстетикалық себептермен терезелер қабырғаға орналастырылуы мүмкін, бірақ бұл тиімділікті азайтады. Жылу сақтау қабырғасының қалыңдығы кірпіш үшін шамамен 10-дан 14 дюймға (250-ден 350 мм-ге), бетон үшін 12-ден 18 дюймға (300-ден 450 мм-ге), жер/саз үшін 8-ден 12 дюймға (200-ден 300 мм-ге) және су үшін кемінде 6 дюйм (150 мм) болуы керек. Бұл қалыңдықтар жылудың қозғалысын кешіктіреді, соның салдарынан ішкі бет температурасы кешкі сағаттарда шарықталады. Жылу ғимараттың ішкі бөлігіне жетуіне шамамен 8-ден 10 сағатқа жуық уақыт қажет (жылу бетон қабырға арқылы сағатына шамамен 1 дюйм жылдамдықпен жүреді). Ішкі қабырға жабындары (мысалы, гипсокартон) мен жылу массалық қабырға арасындағы жақсы жылу байланысы ішкі кеңістікке жылу беруді бақылау үшін қажет. Термиялық сақтау қабырғасының орналасуы күндізгі уақытта ішкі кеңістіктің қызып кетуін азайтады, бірақ жақсы оқшауланған ғимаратта жылытылатын еден ауданының әр фут квадратына шамамен 0,2-ден 0,3 фут квадратқа (0,2-ден 0,3 м2-ге) дейін жылу массалық қабырға бетінің ауданы болуы керек, бұл климатқа байланысты. Су қабырғасы еден ауданының әр фут квадратына шамамен 0,15-тен 0,2 фут квадратқа (0,15-тен 0,2 м2-ге) дейін су қабырға бетінің ауданына ие болуы керек. Жылу массалық қабырғалар күннің көп бөлігінде қысқы, күнге толы климаттарға ең қолайлы, күндізгі және түнгі температураның жоғары айырмашылығы бар (мысалы, оңтүстік-батыс, таулы аймақтар). Олар бұлтты немесе өте суық климатта немесе күндізгі және түнгі температураның айырмашылығы жоқ климатта жақсы жұмыс істемейді. Бұлтты және суық климатта қабырғаның жылу массасы арқылы түнгі жылу шығындары әлі де маңызды болуы мүмкін; қабырға бір күннен кем уақытта сақталған жылуды жоғалтады, содан кейін жылу шығарады, бұл қосымша жылыту қажеттілігін күрт арттырады. Ұзақ бұлтты кезеңдер мен түнгі сағаттар кезінде шыныны тығыз жабылатын, жылдамдырылатын оқшаулау панельдерімен жабу жылу сақтау жүйесінің тиімділігін арттырады. Жылу сақтау қабырғаларының негізгі кемшілігі - олардың сыртқа жылу шығыны...

Шатырдағы тоған жүйесі

Шатырлы тоғанның пассивті күн жүйесі, кейде күн шатыры деп аталады, шатырда сақталған суды ыстық және суық ішкі температураны теңдеу үшін пайдаланады, әсіресе шөлді аймақтарда. Ол әдетте жазық шатырда 6-12 дюйм (150-300 мм) су сыйымдылығы бар контейнерлерден тұрады. Суды максималды сәуле шығару және булануды азайту үшін үлкен пластик қаптарда немесе шыны талшықтан жасалған ыдыстарда сақтайды. Оны жабынсыз қалдыруға немесе шынымен жабуға болады. Күн сәулесі суды қыздырады, ол жылуды сақтау ортасы ретінде қызмет етеді. Түнде немесе бұлтты ауа райында контейнерлерді жылу оқшаулағыш панельдермен жабуға болады. Шатырлы тоғанның астындағы ішкі кеңістік, жоғарыдағы тоғаннан шығатын жылу энергиясы арқылы жылытылады. Бұл жүйелерге жақсы дренаж жүйесі, жылжымалы жылу оқшаулау және 35-70 фунт/фут² (1,7-3,3 кН/м²) өлі салмақты көтеретін күшейтілген құрылымдық жүйе қажет. Күн сәулесінің күндізгі түсу бұрыштарына байланысты, шатырлы тоғандар төмен және орта ендіктерде, ыстық және қоңыржай климатта жылыту үшін тиімді. Шатырлы тоған жүйелері ыстық, құрғақ климатта салқындату үшін жақсы жұмыс істейді. Күн шатырлары аз салынған, сондықтан жылу сақтау шатырларының дизайны, құны, өнімділігі және құрылыс ерекшеліктері туралы ақпарат шектеулі.

Гибридті тікелей/түссіз күн жүйесі

Качадориан жылу сақтау қабырғаларының кемшіліктерін Тромбе қабырғасын тік емес, көлденең бағытта орналастыру арқылы жоюға болатынын көрсетті. Егер жылу сақтау массасы қабырға емес, желдетілетін бетон қабат ретінде жасалса, ол күн сәулесінің үйге кіруіне кедері келтірмейді (Тромбе қабырғасының ең айқын кемшілігі), бірақ экваторға қараған екі қабатты терезелер арқылы тікелей күн сәулесіне ұшырауы мүмкін, ал оларды түнде жылу оқшаулағыштарымен немесе көлеңкелермен қосымша оқшаулауға болады. Тромбе қабырғасының күндізгі жылуды сіңірудегі кешігу мәселесі шешіледі, себебі жылу ішкі кеңістікке жету үшін қабырға арқылы өтуі қажет емес: оның бір бөлігі еденнен бірден шағылысады немесе қайта сәулеленеді. Егер қабат Тромбе қабырғасындағыдай солтүстік-оңтүстік бағытта өтетін және солтүстік және оңтүстік қабырғалардың ішкі жағындағы бетон қабат арқылы ішкі кеңістікке желдетілетін ауа арналарына ие болса, плита арқылы вертикаль Тромбе қабырғасындағы сияқты күшті ауа термосифоны пайда болады, ол жиналған жылуды үйдің ішінде таратады (ал жазда кері процесс арқылы үйді салқындатады). Желдетілетін көлденең қабатты тік Тромбе қабырғаларынан салыстырмалы түрде арзан жасауға болады, себебі ол үйдің негізін құрайды, ал бұл кез келген құрылыстағы қажетті шығын. Жер бетіне орналасқан негіздер, экзотикалық Тромбе қабырға құрылысынан гөрі, жақсы түсінілген және тиімді құрылыс элементі болып табылады (бетон кірпіштен жасалған ауа арналарының қабатын қосу арқылы сәл өзгертілген). Мұндай жылу массалық күн сәулетінің жалғыз кемшілігі – жер бетіне орналасқан конструкциялардағыдай жертөле болмауы. Качадориан еден дизайны – тікелей пайдалы пассивті күн жүйесі, бірақ оның жылу массасы түнде жылу беру арқылы жанама жылыту (немесе салқындату) элементі ретінде де әрекет етеді. Бұл гибридтік электр көлігі сияқты, гибридтік энергия жүйесі.

Оқшауланған күн жүйесі

Пассивті күн сәулесінен басқаратын жүйеде компоненттер (мысалы, коллектор және жылу сақтағыш) ғимараттың ішкі кеңістігінен оқшауланған. Қоса берілген күн кеңістігі, сондай-ақ күн бөлмесі немесе солярий деп аталатын, ғимараттың бір бөлігі болып табылады немесе оған жалғастырылған, бірақ негізгі тұрғын аймақтардан толығымен жабыла алатын шыныланған кеңістік. Ол тікелей және жанама күн сәулесін пайдаланатын қосылған жылыжай сияқты жұмыс істейді. Күн кеңістігі жылыжайға ұқсауы мүмкін, бірақ жылыжай өсімдіктерді өсіруге арналған, ал күн кеңістігі ғимаратқа жылу мен эстетикалық көрініс беру үшін жасалған. Күн кеңістіктері өте танымал дизайн элементтері болып табылады, өйткені олар ғимараттың тұрғын аумағын кеңейтеді және өсімдіктер мен басқа да жасыл өсімдіктерді өсіруге қолайлы орын ұсынады. Дегенмен, орташа және суық климатта өсімдіктерді қатты суықта тоңудан қорғау үшін қосымша жылыту қажет. Қоса берілген күн кеңістігінің оңтүстікке қараған шыны беті тікелей күн сәулесін қабылдайды. Күн кеңістігінің ең қарапайым дизайны - жоғары жағынан шынысы жоқ тік терезелерді орнату. Күн кеңістіктерінде шыны көп болғандықтан, жылудың көп жұмсалуы және жоғалуы мүмкін. Жазғы айларда қызып кетуді болдырмау үшін көлденең және көлбеу шынылар қыста көбірек жылу жинайды. Үстіңгі шыны эстетикалық түрде тартымды болғанымен, оқшауланған шатыр жылуды жақсырақ сақтайды. Күн сәулесін пайдалану үшін көкжиектерді қолдануға болады. Тік шыны қыста, күн бұрышы төмен болған кезде, жылуды барынша арттырады және жазда жылудың аз жұмсалуын қамтамасыз етеді. Тік шыны арзан, орнату және оқшаулау оңай, сондай-ақ тесіктерге, тұманға, сынуға және басқа да шыны ақауларына бейім емес. Жазғы көлеңкелендіру қамтамасыз етілсе, тік және көлбеу шынылардың үйлесімі қабылданады. Жазғы айларда шыныны көлеңкелеу үшін дұрыс жасалған шатыр жеткілікті болуы мүмкін. Жылу жоғалтуларынан және пайдасынан туындаған температура өзгерістерін жылу сыйымдылығы және төмен эмиссиялық терезелермен бақылауға болады. Жылу сыйымдылығына кірпіш қабырға, үйдің қабырғасына іргелес кірпіш қабырға немесе су ыдыстары кіруі мүмкін. Жылуды ғимаратқа тарату төбе және еден деңгейіндегі желдеткіштер, терезелер, есіктер немесе желдеткіштер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Типик дизайн бойынша, күн кеңістігінің арт жағында орналасқан жылу сыйымдылығы қабырғасы тұрғын кеңістікке іргелес орналасқан жанама жылу сыйымдылығы қабырғасы сияқты жұмыс істейді. Күн кеңістігіне кіретін күн энергиясы жылу сыйымдылығында сақталады. Күн жылуы ғимаратқа күн кеңістігінің арт жағындағы ортақ сыйымдылық қабырғасы арқылы және желдеткіштер арқылы (желдеткішсіз жылу сақтағыш қабырғасы сияқты) немесе қабырғадағы тесіктер арқылы ауа ағыны арқылы конвекциямен (желдеткішпен жылу сақтағыш қабырғасы сияқты) беріледі. Суық климатта шыныдан сыртқа жылу жоғалтуды азайту үшін екі қабатты шыны қолдану керек. Қыс айларында маңызды болса да, түнгі жылу жоғалтуы күн кеңістігінде тікелей күн сәулесін пайдаланатын жүйелерге қарағанда аз маңызды, өйткені күн кеңістігі ғимараттың қалған бөлігінен жабылуы мүмкін. Суық және орташа климатта түнде күн кеңістігін ғимараттан жылумен оқшаулау маңызды. Үлкен шыны панельдер, француз есіктері немесе ғимарат пен қоса берілген күн кеңістігі арасындағы жылжымалы шыны есіктер ашық кеңістікке байланысты жылу жоғалтпай, ашық сезімді сақтайды. Жылу сыйымдылығы қабырғасы бар күн кеңістігіне климатқа байланысты еденнің әр шаршы метріне 0,3 м2 жылу сыйымдылығы қабырға беті қажет. Қабырға қалыңдығы жылу сақтағыш қабырғаның қалыңдығына ұқсас болуы керек. Егер күн кеңістігі мен тұрғын кеңістік арасында су қабырғасы қолданылса, еденнің әр шаршы метріне 0,20 м2 жылу сыйымдылығы қабырға бетінің бір шаршы метрін жылыту жеткілікті. Көптеген климаттарда жаз айларында қызып кетуді болдырмау үшін желдету жүйесі қажет. Жалпы алғанда, кең аспандағы (көлденең) және шығыс пен батысқа қараған шыны алаңдарды жазғы қызып кетуге қарсы арнайы шаралар қолданылмаса, күн кеңістігінде пайдалануға болмайды. Жылу сыйымдылығының ішкі беттері қара түсті болуы керек. Жылжымалы оқшаулау (мысалы, терезе жабындары, көлеңкелер, жалюзилер) күн батқаннан кейін де, бұлтты ауа райында да күн кеңістігінде жылы ауаны ұстап тұруға көмектеседі. Ауыр ыстық күндері жабылып, терезе жабындары күн кеңістігінің қызып кетуіне жол бермейді. Жағдайды жақсарту және тиімділікті арттыру үшін күн кеңістігінің шыны емес қабырғалары, төбесі және негізі жақсы оқшауланған болуы керек. Негіз қабырғасының немесе плитасының шеті қызып кету сызығына дейін немесе плита шетіне дейін оқшауланған болуы керек. Орташа немесе суық климатта күн кеңістігінің шығыс және батыс қабырғалары оқшауланған болуы керек (шыны жоқ).

Қосымша шаралар

Түнде жылу шығындалуын азайту үшін шаралар қолданылуы керек, мысалы, терезелерге жабылатын материалдар немесе жылжымалы терезе жылу оқшаулағыштары.

Жылуды сақтау

Күн әрдайым жарқырамайды. Жылуды сақтау, немесе жылу массасы, күн ғимаратты жылыта алмайтын кезде оны жылы ұстайды. Күндізгі күн энергиясын пайдаланатын үйлерде сақтау бір немесе бірнеше күнге есептеледі. Көбінесе қолданылатын әдіс – арнайы жасалған жылу массасы. Оған Trombe қабырғасы, желдетілетін бетон еден, цистерна, су қабырғасы немесе шатырлы көл кіреді. Сондай-ақ, жердің өзінің жылу массасын өзгеріссіз пайдалануға немесе оны құрылысқа енгізуге, мысалы, үйдің негізін нығайтуға немесе қабырға құру үшін қабаттастырылған жерді қолдануға болады. Субарктикалық аймақтарда немесе күн сәулесі ұзақ мерзімге жетпейтін жерлерде (мысалы, апталар бойы мұзды тұман) арнайы салынған жылу массасы өте қымбатқа түседі. Дон Стивенс жерді жылдық жылу сақтауға жеткілікті жылу массасы ретінде пайдаланудың тәжірибелік әдісін жасап шығарды. Оның жобаларында үйдің астына 3 метрге дейін оқшауланған термосифон жүргізіледі және жер 6 метрлік су өткізбейтін жабынмен оқшауланады.

Оқшаулау

Жылу оқшаулағышы немесе супероқшаулағышы (түрі, орналасуы және мөлшері) жылудың қажетсіз шығынын азайтады, көлденең (жатық шатыр) немесе шатырдың еңістігімен бірдей бұрышта орналасқан. Кейбір жағдайларда, шатырдың бұрылысына байланысты күн сәулесінің (және күшті шағылысудың) қарқындылығын арттыру үшін көлденең терезелер рефлекторлармен қолданылады. Қысқы күн көкжиекте төмен болғанда, күн сәулесінің көп бөлігі шатырдың бұрышты әйнегінен шағылысады (түсу бұрышы таңертең және түстен кейін шатырдың бұрышты әйнегіне параллель). Жазғы күн биік болғанда, ол шатырдың бұрышты әйнегіне перпендикуляр болады, бұл жылдың қолайсыз уақытында күннің максималды мөлшерін арттырады және күн пеші сияқты әрекет етеді. Қыстың суық түндеріндегі табиғи конвекциядан (жылы ауаның көтерілуінен) жылу жоғалуын және ыстық көктем/жаз/күз күндеріндегі күннің күшті жылуын азайту үшін терезелер жабылуы және жақсы оқшаулануы керек. Ғимараттың экваторға қараған жағы солтүстік жартышарда оңтүстікке, ал оңтүстік жартышарда солтүстікке қарайтын болады. Экватордан алысқа қараған шатырлардағы терезелер көбінесе тікелей жарықтандыруды қамтамасыз етеді, жазғы күндерді қоспағанда, күн экватордан тыс жағында (кейбір ендіктерде) шығуы мүмкін. Шығысқа қараған шатырлардағы терезелер жазғы таңертең максималды жарық пен күн жылуын қамтамасыз етеді. Батысқа қараған терезелер күндіз күн сәулесін және күннің ең ыстық уақытында жылуды қамтамасыз етеді. Кейбір терезелерде жазғы күн жылуын ішінара азайтатын, бірақ көрінетін жарықты өткізе беретін қымбат әйнек қолданылады. Дегенмен, егер көрінетін жарық өте алса, сәулелі жылу да өте алады (олар екеуі де электромагниттік сәулелену толқындары). Жазғы күннің ыстығынан пайда болатын қажетсіз шатырдың бұрышты әйнегін жапырақты (жапырақтарын төгетін) ағаштардың көлеңкесінде орнату арқылы немесе терезелердің ішкі немесе сыртқы жағына жылдамдытырылатын оқшауланған мөлдір емес жабын қосу арқылы ішінара азайтуға болады. Бұл жазда күн сәулесінің пайдасын жояды. Егер ағаш бұтақтары шатырдың үстінен төгілсе, жаңбыр суларындағы жапырақтармен проблемалар туындауы мүмкін, шатырдың мұз бөгеттеріне зақым келтіруі мүмкін, шатырдың қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін және зиянкестердің шатырдың астына кіруіне оңай жол ашуы мүмкін. Шатырдың үстіндегі жапырақтар мен бұтақтар көрікті емес, тазалау қиын және жел дауылы кезінде әйнек сындыру қаупін арттырады. "Тік әйнекті" пилотаждық шатырлы әйнек, тек тік әйнекпен, коммерциялық немесе өнеркәсіптік ғимараттың орталық бөлігіне пассивті күн энергиясын пайдаланудың кейбір артықшылықтарын әкелуі мүмкін, шатырдың бұрышты әйнегі немесе терезелері қажет емес. Терезелер күн сәулесін қамтамасыз етеді. Көптеген жағдайларда олардың көрсететін жалғыз көрінісі тікелей жоғары қарау болады. Жақсы оқшауланған жарық түтікшелері терезелерді пайдаланбастан солтүстік бөлмелерге күн сәулесін жеткізе алады. Пассивті күн энергиясын пайдаланатын жылыжай ғимараттың экваторға қараған жағына көп мөлшерде күн сәулесін жеткізеді. Инфрақызыл термографиялық түсті жылулық бейнелеу камералары (формальды энергетикалық аудиттерде қолданылады) қысқы суық түндерде немесе ыстық жазғы күндерде шатырдың бұрышты әйнегінің немесе терезелердің теріс жылулық әсерін жылдам құжаттай алады. АҚШ Энергетика министрлігі: "Күндізгі кеңістіктер үшін ең жақсы нұсқа - тік әйнек". Күн энергиясын пайдалануға арналған кеңістіктер үшін шатырдың бұрышты әйнегі мен бүйір қабырғаларының әйнегі ұсынылмайды. АҚШ Энергетика министрлігі бұрышты әйнек жабындылардың кемшіліктерін түсіндіреді: әйнек пен пластик конструкциялық беріктігі аз. Тік орнатылғанда, әйнек (немесе пластик) өзінің салмағын көтереді, өйткені гравитация әйнектің жоғарғы жиегіне ғана әсер етеді. Алайда, әйнек тік осьтен ауытқанда, әйнектің үлкен бөлігі (қазіргі көлбеу қимасы) ауырлық күшін көтеруге мәжбүр болады. Әйнек сонымен қатар сынғыш, ол сынбастан бұрын иілмейді. Бұған қарсы тұру үшін әйнектің қалыңдығын немесе әйнекті ұстап тұратын құрылымдық тіректердің санын арттыру қажет. Екеуі де жалпы құнға әсер етеді, ал соңғысы күн кеңістігіне түсетін күн энергиясының мөлшерін азайтады. Көлбеу жабындылардың тағы бір мәселесі - ауа райына ұшырау деңгейінің жоғары болуы. Шатырдың бұрышты әйнегін күшті күн сәулесінде герметикалық жабу қиын. Құр, қар, қымыз және жел материалдың бұзылуына әкелуі мүмкін. Адамдардың қауіпсіздігі үшін реттеуші органдар көлбеу әйнекті қауіпсіз әйнектен, ламинатталған немесе олардың комбинациясынан жасауды талап етеді, бұл күн энергиясын пайдалану әлеуетін азайтады. Crowne Plaza Hotel Orlando Airport жылыжайындағы шатырдың бұрышты әйнегінің көп бөлігі бір жел дауылында жойылды. Шатырдың бұрышты әйнегі құрылыс құнын арттырады және сақтандыру сыйлықақыларын арттыруы мүмкін. Тік әйнек шатырдың бұрышты әйнегіне қарағанда ауа райының зақымдануына аз бейім. Жаз айларында және тіпті жұмсақ, күннөлді қыс күндерінің ортасында көлбеу жабынды бар кеңістікте күн жылуын бақылау қиын. Терезелер нөлдік энергиялық ғимараттың пассивті күн салқындатуына қарсы болады, ауа кондиционерлеуі қажетті климатта.

Жарылыстың түсу бұрышы

Шыны арқылы берілетін күн сәулесінің мөлшері күн сәулесінің түсу бұрышына да байланысты. Күн сәулесі тік бұрыштан 45 градусқа дейінгі аралықта бір шыны табаға түскенде көбінесе өтеді (10%-дан азы шағылысады), ал тік бұрыштан 70 градусқа дейінгі аралықта түскенде 20%-дан астам жарық шағылысады, ал 70 градустан жоғары шағылыс пайыздық көрсеткіші күрт өседі. Бұл факторлардың бәрін фотожарық өлшегіш және гелиодон немесе оптикалық стенд арқылы дәлірек модельдеуге болады, олар түсу бұрышына қарай шағылыстыру мен өткізу қатынасын анықтай алады. Балама ретінде, пассивті күн энергиясын есептеуге арналған компьютерлік бағдарламалар күн жолының, сондай-ақ салқындату және жылыту дәрежесінің энергия тиімділігіне тигізетін әсерін анықтай алады.

Қозғалтқышты көлеңкелеу және оқшаулау құрылғылары

Экваторға қарайтын шынысы көп болған үйлерде қыс, көктем немесе күз айларында артық жылыну, жылдың белгілі бір уақытында жарық көп болуынан қолайсыздық, сондай-ақ қыс түндері мен жаз күндері жылудың шамадан тыс берілуі мүмкін. Күннің солтүстік тік бұрылысына дейін және одан кейін 6 апта бойы бірдей биіктікте болғанымен, күннің солтүстік тік бұрылысына дейінгі және кейінгі жылыту және салқындату талаптары едәуір өзгеше. Жер бетіндегі жылудың жиналуы "термиялық кешігуге" себеп болады. Ауа-райының бұлтты болу деңгейі күннен энергия алу мүмкіндігіне әсер етеді. Бұл ендікке қатысты бекітілген терезелердің көлеңкесі маңызды болғанымен, маусымдық күн энергиясын толық бақылауға жеткізбейді. Бақылау механизмдері (мысалы, қолмен немесе электрмен басқарылатын ішкі жылу оқшаулағыш перделер, жалюзилер, сыртқы түсірілетін көлеңке экрандары немесе қайтарылатын шатырлар) термиялық кешігу немесе бұлтты күндерден туындаған айырмашылықтарды толықтырып, күн сайынғы/сағаттық күн энергиясын қажеттілік деңгейінде ұстауға көмектеседі. Үйді автоматтандыру жүйелері температураны, күн сәулесін, күндізгі уақытты және бөлмедегі адамдардың болуын қадағалап, электрмен басқарылатын терезелердің көлеңкесі мен жылу оқшаулағыш құрылғыларын дәл басқара алады.

Сыртқы түстер шағылыстыратын сіңіретін

Материалдар мен түстерді күннің жылу энергиясын шағылыстыру немесе сіңіру үшін таңдауға болады. Электромагниттік сәулеленудің түсі туралы ақпаратты оның жылу сәулелену қасиеттерінің шағылысуы немесе сіңіруін анықтау үшін пайдалану, таңдау жасауға көмектеседі. Суық климатта, қысқы күндері қысқа болатын жағдайда, экваторға қараған терезелерді пайдаланатын тікелей жылу алу жүйелері, жер қармен жабылған кезде тиімдірек жұмыс істей алады, себебі шағылысқан және тікелей күн сәулесі үйге кіріп, жылу ретінде жиналады.

Күн сәулесінен тұратын пассивті жарықтандыру

Пассивті күн сәулесін пайдалану техникалары интерьерлерді табиғи жарықпен қамтамасыз етуді күшейтеді, соның салдарынан жасанды жарықтандыру жүйелеріне тәуелділікті азайтады. Бұған ғимаратты мұқият жобалау, бағыт-бағдар беру және жарық жинауға арналған терезе бөліктерін орналастыру арқылы қол жеткізуге болады. Басқа да шығармашылық шешімдерге ғимараттың ішкі жағына күн сәулесін өткізу үшін жарықты қайтаратын беттерді пайдалану кіреді. Терезе бөліктерінің мөлшері жеткілікті болуы керек, ал шамадан тыс жарықтандыруды болдырмау үшін Brise soleil, шатырлар, дұрыс орналастырылған ағаштар, шыны қаптамалар және басқа да пассивті және активті құрылғылармен қорғалуы мүмкін. Көптеген терезе жүйелері үшін маңызды мәселе – олардың артық жылу немесе жылу жоғалтуына осал болу мүмкіндігі. Биік орнатылған терезелер мен дәстүрлі люкстер ғимараттың дұрыс бағытталмаған бөліктеріне күн сәулесін енгізе алады, бірақ қажетсіз жылу алмасуын бақылау қиын болуы мүмкін. Осылайша, жасанды жарықтандыруды азайту арқылы үнемделген энергия көбінесе жылулық жайлылықты сақтау үшін ЖЖС (Жылу, желдету және кондициялау) жүйелерін жұмыс ішінде ұстауға қажетті энергиямен өтемеленеді. Бұл мәселені шешу үшін терезе жабындары, оқшауланған шыны және аэрогель сияқты жаңа материалдар, мысалы, жартылай мөлдір жылу оқшаулағыштар, қабырғаларға немесе шатырларға орнатылған оптикалық талшықтар немесе Оук Ридж Ұлттық зертханасындағы гибридті күн жарықтандыру сияқты әртүрлі әдістерді қолдануға болады. Активті және пассивті күндізгі жарық жинағыштарынан, мысалы, жарық сөрелерінен, ашық түсті қабырғалар мен едендерден, айналы қабырға бөлімдерінен, жоғарғы жағы шыны панельдері бар ішкі қабырғалардан, мөлдір немесе жартылай мөлдір шыны есіктер мен сырғымалы есіктерден жиналған жарық пассивті түрде ішке қайтарылады. Жарық пассивті терезелерден немесе люкстерден, күн сәулелі түтікшелерден немесе активті күндізгі жарық көздерінен болуы мүмкін. Дәстүрлі жапон сәулетіндегі ваши экраны бар шоджи сырғымалы есіктері – бұл бастапқы үлгі. Халықаралық стиль, модернизм және орта ғасырдың заманауи сәулеті өнеркәсіптік, коммерциялық және тұрғын үй салаларында осы пассивті ену мен бейнелеудің алғашқы инноваторлары болды.

Күн энергиясымен суды ыстықтандыру

Күннің жылу энергиясын тұрмыстық суды қыздыру үшін пайдаланудың көптеген жолдары бар. Әртүрлі белсенді және пассивті күн сәулелі ыстық су технологияларының әрбір орналасқан жерге қатысты экономикалық тиімділік талдауы әртүрлі нәтиже береді. Пассивті күн сәулелі ыстық суды жылытудың негізгі түрінде ешқандай сорғы немесе электр құралдары қолданылмайды. Бұл, мұзды немесе тым бұлтты ауа-райы ұзаққа созылмаса, климат жағдайларына өте тиімді. Басқа белсенді күн сәулелі су жылыту технологиялары кейбір аймақтар үшін қолайлырақ болуы мүмкін. Активті күн ыстық су жүйесін "желіден тыс" пайдалануға және оны тұрақты деп санауға болады. Бұл фотоэлектрлік элементтерді қолдану арқылы жүзеге асырылады, олар күннен энергия алып, сорғыларды қуатпен қамтиды.

Еуропадағы пассивті үй стандартымен салыстыру

Еуропада Германиядағы Пассив үй (неміс тілінде Passivhaus) институтының ұстанымдарына қолдау артып келеді. Бұл тәсіл дәстүрлі пассивті күн энергиясын пайдалану әдістеріне ғана сүйенбей, жылудың барлық пассивті көздерін пайдалануға, энергия тұтынуды барынша азайтуға, сондай-ақ жылу көпірлерін және суық ауаның енуін болдырмау үшін егжей-тегжейлі назар аудару арқылы жоғары деңгейдегі жылу оқшаулауды қажет етеді. Пассив үй стандартына сәйкес салынған ғимараттардың көпшілігі кішкентай (әдетте 1 кВт) қосымша жылыту жүйесімен немесе онсыз белсенді жылуды қайтару желдету құрылымын қамтиды. Пассив үй ғимараттарының энергетикалық жобасы Пассив үйді жоспарлау пакеті (PHPP) деп аталатын электрондық кестеге негізделген модельдеу құралы арқылы жасалады, ол мерзімді түрде жаңартылып отырады. Қазіргі нұсқасы – PHPP 9.6 (2018). Егер ғимарат белгілі бір талаптарға сай екенін көрсетсе, оның ішінде ең маңыздысы – үйдің жылдық нақты жылу қажеттілігі 15 кВт/м² жылына аспауы керек болса, онда ол "Пассив үй" ретінде сертификатталуы мүмкін.

"Нульдік жылумен" ғимаратпен салыстыру

Өте төмен U-мәнді шынылардың дамуымен, Пассивті үйге негізделген (шамалы) нөлдік жылытуды қажет ететін ғимараттар ЕО-дағы сәтсіз болған сияқты нөлдік энергиямен жылытылатын ғимараттардың орнын басады. Нөлдік жылытуды қажет ететін ғимарат пассивті күн энергиясын пайдалануға аз сүйенетін болғандықтан, ғимаратты дәстүрлі сәулеттік жобалауға бейімдейді. Нөлдік жылыту үйінің жылдық нақты жылу қажеттілігі 3 кВт/м²жылдан аспауы керек. Нөлдік жылытуды қажет ететін ғимаратты жобалау және пайдалану оңай. Мысалы, нөлдік жылыту үйлерінде реттелетін күн сәулесінен қорғайтын құрылғылардың қажеті жоқ.

Жобалау құралдары

Көбінесе гелиодон жыл бойы кез келген күні, кез келген уақытта модельдік ғимаратқа күн сәулесінің түсу бұрышын (биіктігі мен азимутын) симуляциялау үшін қолданылатын. Қазіргі заманда компьютерлік бағдарламалар осы құбылысты модельдей алады және жергілікті климаттық деректерді (көлеңке түсіру, физикалық кедергілер сияқты жергілікті факторларды) ескере отырып, нақты ғимарат дизайнының бір жыл ішіндегі күннен энергия алу мүмкіндігін болжауға мүмкіндік береді. GPS-ке негізделген смартфон қосымшалары бұл жұмысты қолда ұсталатын құрылғыда, төмен құнмен атқаруға болады. Бұл жобалау құралдары пассивті күн энергиясын пайдаланатын жобалаушыға құрылысқа кіріспес бұрын жергілікті жағдайларды, жобалау элементтерін және ғимараттың бағытын бағалауға көмектеседі. Энергия тиімділігін арттыру әдетте қайта-қайта жобалау, түзету және бағалау процесін қажет етеді. Барлық жерлерде тиімді болатын, "бір өлшемге сай" пассивті күн энергиясын пайдаланатын ғимарат дизайны жоқ.

Аспан қыртысындағы пассивті күн сәулесін пайдалану

Жақында көкжиектердегі кең аумақты пайдаланып, олардың жалпы энергия тиімділігін арттыруға қызығушылық артып келеді. Көкжиектер қалалық ортада кеңінен таралған болса да, оларды пайдалану үшін көп энергия қажет етеді, сондықтан пассивті күн энергиясын пайдалану арқылы үлкен энергия үнемдеуге мүмкіндік бар. Лондондағы 22 Bishopsgate мұнарасын талдаған бір зерттеу, ғимаратты оптималды желдету және күн сәулесінің енуі үшін бұру, ғимарат ішіндегі температураның өзгеруін азайту үшін жоғары жылу сыйымдылығы бар еден материалдарын қолдану және тікелей күн сәулесін пайдалану үшін екі немесе үш қабатты, төмен эмиссиялы терезе шынысын пайдалану арқылы жанама күн энергиясын пайдалану энергия сұранысын теориялық тұрғыдан 35%-ға төмендетуге болады. Жанама күн энергиясын алу әдістеріне қабырға қалыңдығын өзгерту арқылы (20-дан 30 см-ге дейін) қабырға арқылы берілетін жылуды реттеу, жылу шығысын болдырмау үшін сыртқы кеңістікте терезе шыныларын қолдану, еден ауданының 15-20%-ын жылу сақтауға бөлу және кеңістікке кіретін жылуды сіңіру үшін Trombe қабырғасын орнату кіреді. Жазда тікелей күн сәулесін тоқтату үшін, ал қыста оған жол беру үшін күн сәулесінен қорғайтын жалюзилер жылу қабырғасы мен шыны арасына орнатылып, жаз айларында жылу жиналуын шектейді. Тағы бір зерттеу Гонконгтағы биік ғимараттардың сыртындағы қос жасыл қасбетті (DGSF) талдады. Зерттеушілер анықтағандай, мұндай жасыл қасбеттер немесе сыртқы қабырғаларды жабатын өсімдіктер кондиционерлерді пайдалануды 80%-ға дейін азайта алады. Орташа климатта терезелер мен қабырғалар арақатынасын реттеу, күн сәулесінен қорғану және шатыр стратегиялары сияқты шаралар энергияны 30%-дан 60%-ға дейін үнемдеуге мүмкіндік береді.