###### <<Предыдушая | Содержание | Следующая>>

# Теплица (Sunspace)

Наиболее важным и наиболее интересным компонентом системы солнечного отопления Cliff House является большая встроенная теплица (sunspace), которая выполняет функцию солнечного коллектора.

Теплица разработана для выполнения двух, казалось бы, несовместимых целей:

- периодически получая значительное количество солнечной радиации она должна поглотить значительную ее часть и передать в виде теплоты воздуху. Затем этот нагретый воздух, поднимаясь вверх, проходит через щель в потолке теплицы и попадает на чердак, где течет сквозь верхнюю систему аккумулирования теплоты, расположенную в южной части чердака;
- северная часть теплицы должна всегда оставаться прохладной, чтобы людям там было бы достаточно комфортно.

Последующие главы поясняют, как достигаются эти, казалось бы, несовместимые цели.

## Основные размеры

Длина теплицы та же, что и дома, т.е. 11,6 м. Она в 2 этажа (двухсветная) высотой 5,5 м, а ширина ее составляет 3,7 м. По моим расчетам высота теплицы 5,1 м.

## Остекление

Полная площадь остекления наружных стен теплицы - 41,8 м2. Она включает в себя:

- остекление южного фасада;
- остекленную дверь восточного фасада;
- остекленную дверь западного фасада.

Южный фасад теплицы, состоит, главным образом, из восьми больших вертикальных окон - по 4 в нижнем и верхнем рядах. Каждое окно состоит из двух больших стеклянных панелей по типу раздвижной двери, т.е. они изготовлены и установлены на ролики, так же как и раздвижные двери. Однако, для устранения утечки тепла по периметру панелей строитель намеревается уплотнить панели в закрытом положении. Каждое из этих 8 окон имеет следующие размеры:

- ширина - 2,4 м;
- высота - 1,8 м.

Их общая площадь составляет 37 м2. Думаю, что размеры окон 2,35х2,0 м.

Каждая панель состоит из 2 листов прозрачного с низким содержанием железа закаленного 5-миллиметрового стекла, установленных с воздушным промежутком в 10 мм. Коэффициент пропускания солнечной радиации для каждой из этих панелей под углом до 30° к нормали составляет 77%. Восточная дверь теплицы состоит из двух стеклянных панелей. Полная площадь - 2,3 м2. Коэффициент пропускания и тепловое сопротивление те же, что и у панелей южного фасада. Западная дверь идентична восточной. Размеры дверей вероятнее всего 2,2х1,6 м и поэтому площадь будет составлять не 2,3 м2, а 3,2 м2. Общая площадь остекления теплицы составит около 44 м2.

Рис. 8. Остекления южного и восточного фасадов.

## Пол

Пол теплицы - 100-миллиметровая бетонная плита, покрытая каменной плиткой. Цвет плитки не имеет большого значения, т.к. пол не является основным поглотителем солнечного тепла. (Система, поглощающая солнечное тепло будет описана ниже).

## Северная стена

Северная стена теплицы включает в себя массивный блок системы отопления и вентиляции и 6 больших остекленных проемов, через которые в комнаты южной ориентации верхнего и нижнего этажей проникает дневной свет, небольшое количество прямой солнечной радиации и открывается обзор. Каждый проем представляет собой сдвижную дверь с двойным остеклением. Это относится к 1 этажу, т.к. на 2-ом этаже находятся окна обычного размера.

Владелец предполагает в дальнейшем установить в северной части теплицы небольшой (0,6...0,9 м ширины) балкон для комнат верхнего этажа.

Рис. 9. Вид из теплицы на ее северную стену, отделяющую теплицу от общей комнаты.

Рис. 10. Вид из общей комнаты на стену, отделяющую ее от теплицы (северную стену теплицы), слева на потолке видны решетки системы воздушного отопления.

Блок системы отопления и вентиляции имеет следующие размеры:

- ширина 2,4 м;
- толщина 0,9 м.

На уровне пола чердака ширина ее уменьшается до 1,2 м. На уровне пола чердака ширина ее составляет 0,9 м. Северная стена блока вытяжной вентиляции включает в себя камин шириной 0,9 м, обогревающий 11,6-метровое пространство общей комнаты. Дымоход камина расположен в западной части вентиляционного блока. В восточной части этой структуры находится вертикальный канал сечением 0,6 х 0,6 м. Пока нет никакого определенного плана использования этого канала, но позже в процессе эксплуатации он может помочь системе охлаждения, как будет описано ниже. Построенная из обычного рядового красного кирпича структура вытяжной системы (не учтена ее часть в пределах чердака) имеет массу около 9 т. Теплоемкость ее составляет примерно 4,2 Дж. Дымоход камина расположен в западной части блока только на 1-ом уровне, а к перекрытию 1-го этажа он выходит в среднюю часть блока и затем - вертикально вверх. В западной части блока над камином между перекрытиями 2 и 1 этажей я расположил канал системы воздушного отопления, имеющий сечение 0,6 х 0,6 м, т.к. именно там он и должен находиться. По схеме же, нарисованной в книге "Super-Solar Houses", этот воздуховод может оказаться в спальне хозяев. Все размеры, приведенные здесь, я немного округлил, т.к. реально они зависят от размеров применяемого кирпича.

| Рис. 11. Структура системы отопления и вентиляции (разрез, вид с северо-запада): 1 - дымоход камина; 2 - канал системы охлаждения; 3 - канал системы отопления.

## Система улавливания тепла

Исключительно важна для полного сбора и аккумулирования солнечной энергии система улавливания солнечной энергии: большой площади и незначительной массы система, которая улавливает большую часть солнечной радиации, поступающей в теплицу, преобразует это излучение в тепловую энергию, и быстро передает тепло воздуху. Горячий воздух, поднимаясь вверх, поступает на чердак и передает там значительную часть своего тепла верхней системе аккумулирования тепла.

Замечу, что если существенная часть солнечной радиации падала бы на пол теплицы, северную стену или кирпичную структуру вытяжной вентиляции, то это нагревало бы их все больше и больше, и вскоре теплица перегрелась бы. Важно, чтобы значительная часть солнечной радиации была перехвачена и чтобы эта энергия была передана текущему вверх воздушному потоку, а не полу и стенам теплицы.

Конечно, это улавливание не должно быть настолько полным, чтобы в теплице была полутьма или значительно ухудшился бы обзор на улицу. Система улавливания должна быть сконструирована так, чтобы улавливалось и поглощалось бы от 80 до 90% солнечной радиации, поступающей в теплицу через окна южного фасада, а 10...20% все же проникли бы глубоко в теплицу (и рассеялись там) и обеспечили бы дневным светом и обзором.

Система улавливания может состоять, главным образом, из системы 400 тонких элементов вертикальных жалюзи, каждый в 4,6 м высоты, 10 см ширины и 0,1 мм толщины, расположенной в теплице на расстоянии 0,3...0,6 м от окон южного фасада. Обычно элементы жалюзи параллельны один другому и часто могут быть ориентированы параллельно направлению север-юг. Каждая элемент - темная зеленовато-серая полоса, краситель "Зеленый хром" использован потому, что обладает особым свойством поглощать почти всю инфракрасную область солнечного спектра и, в то же время, отражать видимую часть излучения.

| Рис. 12. Перспективный вид на жалюзи из северо-западного угла теплицы, показаны лучи прямого солнечного света, проходящего между элементами жалюзи.

Натяжением шнура можно изменять ориентацию элементов жалюзи. Развернутые в направлении Солнца они пропустят до 95% солнечной радиации, а расположенные перпендикулярно потоку солнечного света блокируют его поступление в теплицу. Кроме того, их можно развернуть таким образом, чтобы получить обзор в определенном направлении.

| Рис. 13. При разных положениях элементов жалюзи пропускают прямой или отраженный солнечный свет.

В обычную зиму ориентация элементов должна быть такой, чтобы на них падало от 80 до 90% солнечной радиации, а 10..20% проникало бы внутрь теплицы. Благодаря селективным свойствам красителя, нанесенного на полосы, визуальный коэффициент пропускания превышает 10...20% и может быть от 20 до 35% и, соответственно, решетка полос не кажется темной и мрачной.

В течение солнечного полудня в январе жалюзи получают и поглощают много солнечной радиации, становятся очень горячими и нагревают близлежаций воздух. Результат: сильный направленный вверх поток очень горячего воздуха в непосредственной близости от жалюзи. Движущийся вверх поток горячего воздуха, отклоняясь немного к северу, достигает потолка теплицы и попадает в южную часть чердака через щель длиной 10,4 м и шириной 15 см. Поток движется, конечно, полностью пассивно.

Система жалюзи расположена достаточно далеко от окон южного фасада теплицы (на расстоянии 0,3...0,6 м) и поэтому движущийся вверх поток горячего воздуха не препятствует обратному стеканию с чердака потока прохладного воздуха, который движется вблизи (5 см) окон южного фасада. Этот движущийся вниз воздух проходит из южной части чердака (из верхней системы аккумулирования тепла) через щель, расположенную вблизи южной оконечности чердака, т.е. почти прямо над лентой окон южного фасада.

| Рис. 14. Вид из проема восточной двери теплицы на потолок: 1 - элементы жалюзи; 2 - щель в потолке возле северной стены теплицы через которую горячий воздух попадает в верхнюю систему аккумулирования тепла; 3 - щель в потолке теплицы вблизи остекления южного фасада для обратного потока воздуха.

Замечу, что циркуляция воздушных потоков подобна обратной: воздух вблизи окон южного фасада стекает, а на некотором расстоянии от них поднимается вверх. Подобное течение воздушных масс типично в холодную ночь, но необычно в солнечный день. Почему это происходит? Потому, что система жалюзи расположена на некотором расстоянии от окон южного фасада и нагревается значительно сильнее, чем листовое стекло.

Рис. 15. План теплицы, показано место расположения системы вертикальных жалюзи.

Замечу также, что поток полностью пассивен, это - термосифонный поток, т.е. - гравитационно-конвективный.

Замечу в итоге, что этот поток независим от потоков, текущих в жилой части дома или в бункере с камнями в подвале. Пока все двери и окна между комнатами и теплицей остаются закрыты, отсутствуют любые воздушные потоки между теплицей и комнатами в прямом и обратном направлениях.

###### <<Предыдущая | Содержание | Следующая>>