Строя свой эко-дом, в котором солнечный обогрев призван играть весьма существенную роль, я стараюсь изучать уже накопленный опыт предыдущих поколений. И к сожалению, вынужден констатировать , что информации по этому вопросу весьма скудна. Впрочем, чрезвычайно много различных теоретических разработок, пестрящих различными графиками и красивыми картинками. Но , кажется, нет ни одного реально выполненного проекта. (Ну что же, значит я буду первым или почти первым…) .

Но и та информация, что имеется, крайне противоречива и во многом надумана. Поэтому хочется разобраться, что такое солнечный обогрев, аккумулирование и накопление тепла, и теплосбережение.

Итак собственно солнечный обогрев. В среднем за год на каждый квадратный метр поверхности в средней полосе России падает около энергии около 2 квт/сутки. Если перевести это в тепло — это 7,2 МегаДжоуля. Такое же тепло выделяет при сгорании 2-3 полена дров. Казалось бы – немного. Однако при хорошем утеплении дома, для комфортного существования , достаточно иметь всего 50-60 Ватт/метра. Т.е. те же самые 2 КВт/сутки. Поэтому основная проблема не в отсутствии тепла как такового, а в неспособности людей его использовать. Собрать и аккумулировать.

Собирают солнечную энергию (тепло) с помощью солнечных коллекторов. Проводя, вобщем, весьма примитивный эксперимент (практически «на-спор»), я получил весьма парадоксальные, на первый взгляд, результаты. Оказалось, что лучше всего поглощает тепло матовое черное тело (максимально близкое к абстрактному «абсолютно черному телу» со поглощением всего и вся на 100%). Заметьте, не «черное тело, покрытое стеклом», как предлагается подавляющим большинством конструкторов солнечных коллекторов, а просто – матовое черное тело! Факт, в общем, совершенно объяснимый. Стекло имеет определенный коэффициент отражения, от 5 % и выше, резко возрастающий после угла падения больше чем 30 градусов (от перпендикуляра). А вот черное тело поглощает все, что на него падает. И значение играет лишь площадь черного тела.

Вывод из этого такой: Солнечный коллектор должен быть матовым и черным. А не стеклянным! Черный коллектор минимум на 10-15% эффективнее прозрачного.

Практически во всех проектах предлагается сделать южную часть дома практически полностью стеклянной. Якобы для того, что бы солнце непосредственно прогревало внутренности дома. Да, возможно, когда светит солнце, так оно и есть. Но окна – теплоизолятор значительно боле е плохой, нежели хорошо утепленная стена. А если делать многокамерные стеклопакеты, то солнечная энергия останется в них практически наполовину. Как ту упускается из виду и тот факт, что когда обогрев особенно нужен, (период с октября по март включительно), то солнце может не появляться месяцами! Так, рекорд зимы 2006-2007 годов — 120 пасмурных дней подряд! О каком солнечном обогреве можно вести речь? Не говоря уже о просто очень коротком световом дне (7-8 часов).

В оптике применяется так называемый принцип обратимости хода лучей. Т.е. если луч из точки А проходит в точку Б (через какие то линзы или стекла), он точно так же сможет пройти и из точки Б в точку А. Систем типа «ниппель» в оптике нет. Все это в полной мере относится и к инфракрасным лучам. И в лучшем случае, дом будет греться 5-6 часов (даже в очень ясный день), а остальные 18 часов работать как инфракрасная фара, излучая тепло из всех своих окон.

Поэтому вывод второй: Не надо делать солнечный коллектор из самого дома. Солнечный коллектор должен быть сам по себе, а дом (как теплоаккумулятор, в виде своей тепловой инерционной массы, в том числе) – сам по себе. Перекачка тепла должна осуществляться только в одну сторону. После «выключения» солнечного обогрева солнечный коллектор должен отключаться от системы отопления. А накопленное тепло должно излучаться во вне в минимальном количестве.

Вывод третий: Остекление дома использующего солнечный обогрев должно быть весьма умеренным, не больше чем надо для естественного освещения. И никаких стеклянных стен «в сторону солнца». К тому же летом такие стеклянные стены будут доставлять массу неудобств, чрезмерно перегревая дом.

Лучше всего вынести солнечный коллектор на крышу дома или его внешние стены. Но сделать солнечный коллектор из стен весьма затратно и уж очень экзотично это будет выглядеть. А вот совместить его с кровлей очень просто. Этому же способствует и устройство самой крыши. Утепление кровли служит необходимой терморазвязкой коллектора и системы обогрева дома (коллектор всегда можно отключить, перекрыв вентканалы). А металлическая кровля служит отличным поглотителем солнечной энергии. До и площадь кровли как правило весьма большая.

Стены дома лучше так же сделать темного цвета и матовыми. Нагреваясь под солнечными лучами, они, согласно второму закону термодинамики (тепло не передается от более холодного тела более горячему, между равно нагретыми телами теплообмена не происходит), будут блокировать передачу тепла изнутри дома на внешнюю поверхность стен.

Теперь рассмотрим конструкцию солнечного коллектора. Как я упоминал выше, весьма заманчиво использовать в этом качестве саму кровлю. Для этого необходимо оставить под металлической кровлей небольшой воздушный зазор и организовать систему подачи и отвода нагретого воздуха. На мой взгляд, в данном случае воздух — самый оптимальный тепловой агент. Ему не нужны теплообменники, не требуется абсолютная герметичность каналов, он легко транспортируется с помощью обычных вентиляторов, дешевых и надежных. Единственно, на что следует обратить внимание – это хорошая теплоизоляция вентиляционных каналов, транспортирующих нагретый воздух. Более подробно мы рассмотрим конструкцию кровли – солнечного коллектора в других статьях, по мере его изготовления.

Хотелось бы упомянуть еще об одной существенной проблеме при проектировании солнечного коллектора — кровли. Всерьез рассчитывать на солнечный обогрев в ноябре, декабре и январе по меньшей мере наивно. Солнечные дни – редкость, угол наклона Солнца очень мал, световой день короток, температура воздуха очень низкая. Поэтому На этот период солнечный коллектор – кровлю лучше всего превратить в дополнительный теплоизолятор. Вообще считается, что снег – основной враг солнечных коллекторов. Но в данном случае, снег должен сослужить весьма полезную службу. Поскольку свежий , и даже слегка уплотнившийся снег – прекрасный теплоизолятор! Почти такой же как и дерево. Поэтому 20-40 см снежного покрова на крыше в декабре –январе сберегут вам куда больше тепла, нежели мог бы выработать солнечный коллектор за пару-тройку гипотетических солнечных дней. Поэтому кровля — солнечный коллектор, должна быть оснащена снегозадержателями (снегостоперами). Они не позволят снегу «съехать» с крыши лавинообразно. В тоже время, они не препятствуют стоку воды.

И лишь когда солнечные дни начнут появляться все чаще и чаще, продолжительность дня увеличиться до 10 часов, а само Солнце начнет подниматься над горизонтов повыше, следует быстро избавиться от снега. Сделать это несложно. Достаточно включить обдув коллектора (подкровельного пространства) теплым воздухом, особенно в солнечный день, и снег сойдет в течении нескольких часов и солнечный коллектор заработает на полную мощность.

Теоретическая мощность солнечного коллектора весьма высока. Освещенный солнцем, он получает около 800 – 1000 Ватт тепла на каждый свой квадратный метр. Если площадь коллектора хотя бы 50 кв. метров, это означает 30-40 КВт тепла в час! За несколько солнечных часов такой солнечный коллектор поставит вам 150 – 200 КВт! Это – 540 МДж тепла/час. Что эквивалентно сжиганию 50-60 кг первоклассных сухих дров (~ 0,3 кубометра). Но проблема не получить солнечное тепло, а аккумулировать его, накопить и сохранить. А эту функцию должен выполнить теплоаккумулятор.

Константин Тимошенко