Пассивная конструкция солнечного здания

В пассивном солнечном дизайне зданий окна, стены и полы изготавливаются для сбора, хранения, отражения и распределения солнечной энергии в виде тепла зимой и отбрасывания солнечного тепла летом. Это называется пассивным солнечным дизайном, потому что, в отличие от активных солнечных систем отопления, это не связано с использованием механических и электрических устройств.

Ключом к созданию пассивного солнечного здания является лучшее использование местного климата, обеспечивающего точный анализ сайта. Элементы, которые следует учитывать, включают размещение и размер окна, тип остекления, теплоизоляцию, тепловую массу и затенение. Пассивные методы солнечного дизайна могут быть наиболее легко применены к новым зданиям, но существующие здания могут быть адаптированы или «модернизированы».

Пассивное усиление энергии
солнечные солнечные системы используют солнечные лучи без активных механических систем (в отличие от активной солнечной энергии). Такие технологии преобразуют солнечный свет в пригодное для использования тепло (в воде, воздухе и тепловой массе), вызывают движение воздуха для вентиляции или будущего использования, при этом мало используются другие источники энергии. Общим примером является солярий на стороне экватора здания. Пассивное охлаждение – это использование одних и тех же принципов проектирования для снижения летних требований к охлаждению.

Некоторые пассивные системы используют небольшое количество обычной энергии для управления заслонками, ставнями, ночной изоляцией и другими устройствами, которые увеличивают сбор, хранение и использование солнечной энергии, а также уменьшают нежелательную передачу тепла.

Пассивные солнечные технологии включают прямое и косвенное солнечное усиление для отопления помещений, солнечных систем нагрева воды на основе термосифона, использования тепловой массы и материалов с изменением фазы для замедления колебаний температуры воздуха в помещении, солнечных плит, солнечной дымовой трубы для повышения естественной вентиляции и земное убежище.

Более широко, пассивные солнечные технологии включают солнечную печь, но это обычно требует некоторой внешней энергии для выравнивания их концентрирующих зеркал или приемников и исторически не доказало свою практичность или экономичность для широкого использования. «Низкосортные» энергетические потребности, такие как отопление помещений и воды, со временем доказали, что они лучше подходят для пассивного использования солнечной энергии.

Как наука
Научная основа для проектирования пассивного солнечного строительства разработана из сочетания климатологии, термодинамики (в частности, теплопередачи: теплопроводность, конвекция и электромагнитное излучение), механика жидкости / естественная конвекция (пассивное движение воздуха и воды без использования электричества, вентиляторов или насосов), а также тепловой комфорт человека, основанный на индексе тепла, психрометрике и энтальпии для зданий, населяемых людьми или животными, соляриями, соляриями и теплицами для выращивания растений.

Конкретное внимание делится на: место, местоположение и солнечную ориентацию здания, местный путь солнца, преобладающий уровень инсоляции (широта / солнце / облака / осадки), дизайн и качество строительства / материалы, размещение / размер / тип окон и стен, а также включение солнечной энергии, сохраняющей тепловую массу с теплоемкостью.

Хотя эти соображения могут быть направлены на любое здание, достижение идеального оптимизированного решения по затратам и производительности требует тщательной, целостной, системной интеграции этих научных принципов. Современные усовершенствования с помощью компьютерного моделирования (например, комплексное программное обеспечение для моделирования энергетического моделирования Министерства энергетики США «Энергия плюс») и применение многолетних уроков (начиная с энергетического кризиса 1970-х годов) могут обеспечить значительную экономию энергии и уменьшить экологический ущерб без жертвуя функциональностью или эстетикой. Фактически, пассивно-солнечные дизайнерские функции, такие как теплица / солярий / солярий, могут значительно улучшить жильё, дневной свет, взгляды и ценность дома при низкой стоимости за единицу пространства.

Многое было известно о пассивном солнечном строительном проекте с энергетического кризиса 1970-х годов. Многие ненаучные, основанные на интуиции дорогие строительные эксперименты пытались и не смогли достичь нулевой энергии – полной ликвидации расходов на отопление и охлаждение.

Пассивное строительство солнечных сооружений может быть нелегким или дорогостоящим (с использованием готовых материалов и технологий), но научный пассивный солнечный дизайн здания – это нетривиальные инженерные усилия, которые требуют значительного изучения предыдущих интуитивно понятных уроков и время для ввода, оценки и итеративного уточнения ввода и вывода моделирования.

Одним из наиболее полезных инструментов для пост-строительной оценки было использование термографии с использованием цифровых тепловизионных камер для официального количественного научного энергетического аудита. Термическое изображение может использоваться для документирования областей с плохими тепловыми характеристиками, таких как отрицательный тепловой удар стекла под углом или люк в холодную зимнюю ночь или жаркий летний день.

Научные уроки, полученные за последние три десятилетия, были зафиксированы в сложных компьютерных системах компьютерного программного обеспечения для моделирования зданий (например, US DOE Energy Plus).

Научный пассивный солнечный строительный проект с оптимизацией количественных затрат выгодно для новичков. Уровень сложности привел к продолжающейся плохой архитектуре и многим основанным на интуиции, ненаучным конструктивным экспериментам, которые разочаровывают своих дизайнеров и тратят значительную часть бюджета на строительство на неприемлемые идеи.

Важна экономическая мотивация для научного проектирования и проектирования. Если бы он был всесторонне применен к новым строительным строителям, начиная с 1980 года (основанный на извлеченных уроках 1970-х годов), Америка могла бы сэкономить более 250 000 000 долларов в год на дорогостоящей энергии и связанном с этим загрязнении сегодня.

Начиная с 1979 года, Пассивный солнечный строительный проект был критическим элементом достижения нулевой энергии экспериментами в учебных заведениях и правительствами всего мира, в том числе Министерством энергетики США, и учеными-исследователями в области энергетики, которые они поддерживали на протяжении десятилетий. Экономически эффективное доказательство концепции было установлено несколько десятилетий назад, но культурная ассимиляция в архитектуру, строительные сделки и принятие решений владельцем здания была очень медленной и трудно меняющейся.

Новые термины «Архитектурная наука» и «Архитектурные технологии» добавляются в некоторые школы архитектуры, с будущей целью обучения вышеупомянутым научным и энергетическим принципам.

Солнечный путь в пассивном дизайне
Способность к достижению этих целей одновременно в корне зависит от сезонных колебаний солнечного пути в течение дня.

Это происходит в результате наклона оси вращения Земли относительно ее орбиты. Тропа солнца уникальна для любой заданной широты.

В северном полушарии нетропические широты более чем на 23,5 градуса от экватора:

Солнце достигнет своей наивысшей точки к югу (в направлении экватора)
По мере приближения зимнего солнцестояния угол, на котором солнце поднимается и постепенно приближается к югу, а дневные часы станут короче
Противоположность отмечается летом, когда солнце поднимается и устремляется к северу, а дневные часы будут удлиняться
Обратное наблюдение наблюдается в Южном полушарии, но солнце поднимается на восток и направляется к западу, независимо от того, в каком полушарии вы находитесь.

В экваториальных областях менее 23,5 градусов положение солнца в солнечный полдень будет колебаться с севера на юг и обратно в течение года.

В регионах, расположенных ближе, чем на 23,5 градуса от северного или южного полюса, в течение лета солнце прослеживает полный круг в небе, не устанавливая, пока оно не появится над горизонтом через шесть месяцев, в разгар зимы.

47-градусная разница в высоте солнца в солнечный полдень между зимой и летом составляет основу пассивного солнечного дизайна. Эта информация сочетается с требованиями по охлаждению и охлаждению местных климатических данных (градус день), чтобы определить, в какое время года солнечное усиление будет выгодно для теплового комфорта и когда оно должно быть заблокировано затенением. Благодаря стратегическому размещению предметов, таких как устройства для остекления и затенения, процент солнечной энергии, поступающей в здание, можно контролировать в течение всего года.

Одна проблема пассивного солнечного солнечного пути заключается в том, что хотя солнце находится в таком же относительном положении за шесть недель до этого, а через шесть недель после Солнцестояния, из-за «теплового запаздывания» от тепловой массы Земли, требования к температуре и солнечной энергии весьма различны до и после летнего или зимнего солнцестояния. Подвижные жалюзи, оттенки, экраны с тенями или оконные стеганые одеяла могут приспосабливаться к ежедневным и часовым потребностям солнечной энергии и изоляции.

Тщательное расположение комнат дополняет пассивный солнечный дизайн. Общей рекомендацией для жилых помещений является помещение жилых площадей, стоящих перед солнечным полдень и спальных помещений на противоположной стороне. Гелиодон – это традиционное передвижное световое устройство, используемое архитекторами и дизайнерами для моделирования влияния солнечных лучей. В наше время трехмерная компьютерная графика может визуально имитировать эти данные и вычислять прогнозы производительности.

Принципы пассивной солнечной теплопередачи
Индивидуальный тепловой комфорт зависит от личных факторов здоровья (медицинских, психологических, социологических и ситуационных), температуры окружающего воздуха, средней лучистой температуры, движения воздуха (холода ветра, турбулентности) и относительной влажности (влияющих на испарительное испарение человека). Теплопередача в зданиях происходит посредством конвекции, проводимости и теплового излучения через крышу, стены, пол и окна.

Конвективный теплообмен
Конвективный теплообмен может быть полезным или вредным. Неконтролируемое проникновение воздуха из-за плохой выветривания / прокладки / осадки может способствовать до 40% потерь тепла в зимний период; однако стратегическое размещение действующих окон или вентиляционных отверстий может улучшить конвекцию, кросс-вентиляцию и летнее охлаждение, когда наружный воздух имеет комфортную температуру и относительную влажность. Фильтрованные вентиляционные системы для рекуперации энергии могут быть полезны для устранения нежелательной влажности, пыли, пыльцы и микроорганизмов в нефильтрованном вентиляционном воздухе.

Естественная конвекция, вызывающая повышение теплого воздуха и падающего холодного воздуха, может привести к неравномерному расслоению тепла. Это может вызвать неудобные колебания температуры в верхнем и нижнем кондиционированном пространстве, служить в качестве метода вентиляции горячего воздуха или быть сконструирован как конвекционный контур с естественным конвекцией для пассивного распределения солнечного тепла и выравнивания температуры. Естественное охлаждение человека путем потоотделения и испарения может быть облегчено посредством естественного или принудительного движения конвективного воздуха вентиляторами, но потолочные вентиляторы могут нарушать слоистые слои изоляционного слоя в верхней части помещения и ускорять теплопередачу с горячего чердака или через соседние окна , Кроме того, высокая относительная влажность препятствует испарительному охлаждению людьми.

Радиационная передача тепла
Основным источником теплопередачи является лучистая энергия, а основным источником является солнце. Солнечное излучение происходит преимущественно через крышу и окна (но и сквозь стены). Тепловое излучение перемещается с более теплой поверхности на более холодную. Крыши получают большую часть солнечной радиации, доставляемой в дом. Холодная крыша или зеленая крыша в дополнение к сияющему барьеру могут помочь предотвратить рост чердака, чем температура летнего воздуха на открытом воздухе (см. Альбедо, поглощаемость, излучательная способность и отражательная способность).

Windows – готовый и предсказуемый сайт для теплового излучения. Энергия от излучения может перемещаться в окно днем ​​и из того же окна ночью. Радиация использует фотоны для передачи электромагнитных волн через вакуум или полупрозрачную среду. Прирост солнечного тепла может быть значительным даже в холодные ясные дни. Увеличение солнечного тепла через окна может быть уменьшено за счет изолированного остекления, затенения и ориентации. Окна особенно трудно изолировать по сравнению с крышей и стенами. Конвективный теплообмен через и вокруг оконных покрытий также ухудшает его изоляционные свойства. При затенении окон внешнее затенение более эффективно при уменьшении теплового усиления, чем внутренние оконные покрытия.

Западное и восточное солнце могут обеспечить тепло и освещение, но могут быть подвержены перегреву летом, если не затенены. Напротив, низкое полуденное солнце легко допускает свет и тепло зимой, но может быть легко заштриховано с соответствующими длинными выступами или угловыми жалюзи в летнее время и деревьями, несущими летние оттенки деревьев, которые проливают свои листья осенью. Количество получаемого лучистого тепла связано с широтой местоположения, высотой, облачным покровом и сезонным / часовым углом падения (см. Путь Солнца и косинус закона Ламберта).

Еще один принцип пассивного солнечного дизайна заключается в том, что тепловая энергия может храниться в некоторых строительных материалах и снова высвобождаться, когда коэффициент усиления тепла упрощается, чтобы стабилизировать суточные (дневные / ночные) колебания температуры. Сложное взаимодействие термодинамических принципов может быть несовместимым для начинающих дизайнеров. Точное компьютерное моделирование может помочь избежать дорогостоящих строительных экспериментов.

Особые аспекты сайта при проектировании
Широта, путь солнца и инсоляция (солнечный свет)
Сезонные колебания солнечной энергии, например, дни охлаждения или нагрева, солнечная инсоляция, влажность
Суточные изменения температуры
Микро-климатические детали, связанные с бризами, влажностью, растительностью и контуром суши
Препятствия / Затенение – к солнечной выгоде или к местным перекрестным ветрам

Элементы дизайна для жилых зданий в умеренном климате
Размещение помещений, внутренних дверей и стен, а также оборудования в доме.
Ориентируя здание на экватор (или на несколько градусов на восток, чтобы захватить утреннее солнце)
Расширение размера здания вдоль оси Восток / Запад
Адекватно калибруя окна, чтобы противостоять полуденному солнцу зимой, и быть затененным летом.
Минимизация окон с других сторон, особенно западных окон
Устанавливая правильные размеры, зависящие от широты крыши или затеняющие элементы (кустарники, деревья, решетки, ограждения, жалюзи и т. Д.),
Использование соответствующего количества и типа изоляции, включая лучистые барьеры и объемную изоляцию для минимизации сезонного избыточного тепла или потери тепла
Использование тепловой массы для хранения избыточной солнечной энергии в зимний день (который затем снова излучается ночью)

Точное количество стекла и тепловой массы, обращенной к экватору, должно основываться на тщательном рассмотрении условий широты, высоты, климатических условий и требований к времени нагрева / охлаждения.

Факторы, которые могут ухудшить тепловые характеристики:

Отклонение от идеальной ориентации и соотношение сторон к северу / югу / востоку / западу
Чрезмерная площадь стекла («надстекление»), приводящая к перегреву (что также приводит к появлению бликов и выцветанию мягкой мебели) и потери тепла при падении температуры окружающего воздуха
Установка остекления, когда солнечное усиление в течение дня и тепловые потери в течение ночи не могут быть легко контролируемы, например, на западном, угловом остеклении, фонарях
Тепловые потери через неизолированное или незащищенное остекление
Отсутствие адекватного затенения во время сезонных периодов высокой солнечной энергии (особенно на западной стене)
Неправильное применение тепловой массы для модуляции суточных температурных изменений
Открытые лестницы, ведущие к неравномерному распределению теплого воздуха между верхним и нижним этажами при повышении теплого воздуха
Высокая площадь поверхности здания до объема – Слишком много углов
Неадекватная выветривание, приводящее к высокой проникновению воздуха
Отсутствие или неправильная установка лучистых барьеров в жаркий сезон. (См. Также прохладную крышу и зеленую крышу)
Изоляционные материалы, которые не соответствуют основному режиму теплопередачи (например, нежелательный конвективный / проводящий / лучистый теплообмен)

Эффективность и экономичность пассивного солнечного нагрева
Технически, PSH очень эффективен. Системы с прямым усилением могут использовать (т. Е. Преобразовывать в «полезную» теплоту) 65-70% энергии солнечной радиации, которая ударяет по апертуре или коллектору.

Пассивная солнечная фракция (PSF) представляет собой процентную долю требуемой тепловой нагрузки, удовлетворяемой PSH, и, следовательно, представляет потенциальное снижение затрат на отопление. RETScreen International сообщила, что PSF составляет 20-50%. В области устойчивости энергосбережение даже порядка 15% считается существенным.

Другие источники сообщают о следующих PSF:

5-25% для скромных систем
40% для «высоко оптимизированных» систем
До 75% для «очень интенсивных» систем
В благоприятных климатических условиях, таких как юго-запад США, высоко оптимизированные системы могут превышать 75% PSF.

Ландшафтный дизайн и сады
Энергосберегающие ландшафтные материалы для тщательного пассивного выбора солнечной энергии включают в себя строительные материалы для строительного материала и «мягкие» растения. Использование принципов ландшафтного дизайна для выбора деревьев, живых изгородей и решетчатых пергол с лозами; все они могут использоваться для создания затенения летом. Для зимнего солнечного усиления желательно использовать лиственные растения, которые падают своими листьями осенью, дает летние пассивные солнечные выгоды. Нелистовые вечнозеленые кустарники и деревья могут быть ветряными ветвями, с переменными высотами и расстояниями, чтобы создать защиту и убежище от зимнего холодного ветра. Xeriscaping с соответствующими «зрелыми размерами» местными видами и засухоустойчивыми растениями, капельным орошением, мульчированием и органическими садоводческими практиками уменьшает или устраняет необходимость в энергоемкой ирригации, газовом садовом оборудовании и сокращает количество отходов мусорных свалок след. Солнечные источники освещения и фонтанные насосы, а также крытые бассейны и бассейны с солнечными водонагревателями могут снизить влияние таких удобств.

Устойчивое озеленение
Устойчивое озеленение
Устойчивая ландшафтная архитектура

Другие пассивные солнечные принципы

Пассивное солнечное освещение
Пассивные методы солнечного освещения улучшают использование естественного освещения для интерьеров и, следовательно, уменьшают зависимость от систем искусственного освещения.

Это может быть достигнуто путем тщательного проектирования зданий, ориентации и размещения оконных секций для сбора света. Другие креативные решения включают использование отражающих поверхностей для пропуска дневного света в интерьер здания. Секции окон должны быть достаточного размера, и чтобы избежать чрезмерного освещения, можно экранировать с помощью Brise soleil, навесов, хорошо расположенных деревьев, стеклянных покрытий и других пассивных и активных устройств.

Еще одна важная проблема для многих оконных систем заключается в том, что они могут быть потенциально уязвимыми сайтами с избыточным тепловым коэффициентом или потерей тепла. В то время как высокорасположенное окошечко окно и традиционные световые люки могут вводить дневной свет в плохо ориентированных участках здания, нежелательная передача тепла может быть трудно контролировать. Таким образом, энергия, которая сохраняется за счет уменьшения искусственного освещения, часто более чем компенсируется энергией, необходимой для работы систем ОВК для поддержания теплового комфорта.

Для решения этой проблемы могут быть использованы различные методы, включая, но не ограничиваясь этим, оконные покрытия, изолированное остекление и новые материалы, такие как полупрозрачная изоляция аэрогеля, оптическое волокно, встроенное в стены или крыша, или гибридное солнечное освещение в Национальной лаборатории Ок-Ридж.

Отражающие элементы, из активных и пассивных дневных коллекционеров, таких как светлые полки, более светлые стены и цвета пола, зеркальные стеновые секции, внутренние стены с верхними стеклянными панелями и прозрачные или полупрозрачные стеклянные распашные двери и раздвижные стеклянные двери, захватывают свет и пассивно отражают он далее внутри. Свет может быть из пассивных окон или световых люков и солнечных ламп или из источников активного дневного света. В традиционной японской архитектуре двери сдвижной панели Shōji, с полупрозрачными экранами Washi, являются оригинальным прецедентом. Современная архитектура современного стиля, модерна и середины века была более ранними новаторами этого пассивного проникновения и отражения в промышленных, коммерческих и жилых приложениях.

Пассивное солнечное водонагревание
Существует много способов использования солнечной тепловой энергии для нагрева воды для внутреннего использования. Различные активные и пассивные технологии солнечной горячей воды имеют разные специфические экономические последствия экономической эффективности для конкретных местоположений.

Фундаментальный пассивный солнечный нагрев горячей воды не включает в себя насосы или что-либо электрическое. Это очень экономически выгодно в климате, который не имеет длительных замерзающих или очень пасмурных погодных условий. Другие активные технологии солнечного нагрева воды и т. Д. Могут быть более подходящими для некоторых мест.

Возможно иметь активную солнечную горячую воду, которая также может быть «отключена от сетки» и может считаться устойчивой. Это делается с помощью фотогальванической ячейки, которая использует энергию солнца для питания насосов.

Климат и комфорт
Каждое здание построено таким образом, чтобы укрывать и защищать нас от внешней среды, создавая внутренний климат. Когда условия внешней среды препятствуют комфорту внутреннего пространства, используются системы отопления или охлаждения.

Среди наиболее эффективных мер – экономия энергии за счет использования теплоизоляции. Но сохранение энергии означает изолирование нас снаружи, пассивный дизайн направлен на то, чтобы открыть здание для внешнего вида таким образом, чтобы естественное кондиционирование могло быть достигнуто.

Таким образом, климат, где должно располагаться здание, определяется температурой, уровнем влажности, скоростью и направлением ветров и солнечным светом участка. Тогда климатические условия могут представлять собой недостаток или преимущество для адекватной энергоэффективности дома. Затем применяются простые понятия повседневной жизни, такие как:

Если слишком холодно, чтобы чувствовать себя комфортно, тогда мы завершаем себя = теплоизоляция
если это ветреный день, и нам холодно, мы ищем какой-то объект, чтобы защитить нас и вернуться к комфорту = защита от ветра
если это слишком жарко, и мы находимся на солнце, мы ищем тень = солнечная защита
если жарко, даже в тени, мы ищем ветер, чтобы охладить нас = вентиляция
если он горячий, а воздух очень сухой, найдите какой-то оттенок и прохладный подвал = тепловая масса

Горный дом
Для горного дома, расположенного в месте, где очень холодно, и есть много ветра, мы хотим, чтобы место находилось на солнечном склоне, защищенном от ветра, включало теплоизоляцию в потолки, стены и окна; предпочтительно располагать окна к полуденному солнцу; таким образом, что имеется наименьшее количество щелей, в которых холодный воздух проникает и рассеивает тепло внутри.

Дом пустыни
Дом в пустыне должен быть защищен от солнечного облучения. С другой стороны, поскольку изменение температуры между днем ​​и ночью является высоким, из-за отсутствия влажности в воздухе, рекомендуется использовать тепловую массу, создавая толстые стенки с помощью местных материалов. Необходимо использовать низкотемпературную температуру, чтобы охладить массу здания через стратегически расположенные отверстия, которые позволяют вентиляцию.

Основой любого экологически сознательного дизайна, который призван быть эффективным, является адекватный ответ на неудобства и преимущества климата в этом месте. Если это не будет учтено, нам придется перейти к механическим системам термического кондиционирования с учетом потребления энергии и выбросов парниковых газов.

Сравнение со стандартом Passive House в Европе
В Европе усиливается импульс для подхода, поддерживаемого Институтом пассивного дома (Passivhaus in German) в Германии. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на традиционные пассивные методы солнечного дизайна, этот подход направлен на использование всех пассивных источников тепла, сводит к минимуму потребление энергии и подчеркивает необходимость в высоком уровне изоляции, усиленном тщательным вниманием к деталям, для решения проблем теплового моста и просачивание холодного воздуха. Большинство зданий, построенных по стандарту Passive House, также включают в себя активную вентиляционную установку для рекуперации тепла с или без небольшого (обычно 1 кВт) встроенного нагревательного компонента.

Энергетический дизайн зданий пассивного дома разработан с использованием инструмента моделирования на основе таблиц, называемого Пассивным пакетом планирования дома (PHPP), который периодически обновляется. Текущей версией является PHPP2007, где 2007 год является годом выпуска. Здание может быть сертифицировано как «Пассивный дом», когда можно показать, что он соответствует определенным критериям, причем самым важным является то, что ежегодный удельный тепловой спрос на дом не должен превышать 15 кВт / ч.

Пассивные солнечные системы
Пассивные солнечные системы используются в основном для сбора и хранения тепла от солнечной энергии. Они называются пассивными, поскольку другие электромеханические устройства не используются для рециркуляции тепла. Это происходит из-за основных физических принципов, таких как проводимость, радиационная и тепловая конвекция.

Прямое усиление: это простейшая система и включает в себя захват солнечной энергии застекленными поверхностями, размер которых зависит от каждой ориентации и зависит от потребностей в обогреве здания или помещений, которые необходимо нагреть.

Невентилируемая стенка скопления: также известна как стена тромба, которая представляет собой стену из камня, кирпича, бетона или даже воды, окрашенную в черный цвет или очень темный цвет снаружи. Чтобы улучшить захват, используется свойство стекла, которое должно создавать парниковый эффект, через который проникает видимый свет, а когда стена касается, он нагревает его, излучая инфракрасное излучение, которое не может проникнуть в стекло. По этой причине температура темной поверхности и воздушной камеры между стенкой и стеклом повышается.

Вентилированная стенка накопления: аналогична предыдущей, но которая включает отверстия в части, превосходящей и ниже, чтобы облегчить теплообмен между стенкой и атмосферой посредством конвекции.

Прикрепленная теплица: в этом случае стена в полдень включает застекленный участок, который может быть пригодным для жилья, улучшая теплоотдачу в течение дня, уменьшая потери тепла снаружи.

Крыша накопления тепла: в некоторых широтах можно использовать поверхность крыши для захвата и накопления энергии солнца. Также известные как солнечные пруды, они требуют сложных мобильных устройств, чтобы предотвратить утечку тепла ночью.

Сбор солнечной энергии и накопление тепла: это более сложная система и позволяет комбинировать прямое усиление окнами с солнечными коллекторами воздуха или горячей воды, чтобы накапливать его под полом. Затем, подобно вентиляционной стенке аккумулятора, тепло вовлекается во внутреннюю среду. Правильно рассчитанные размеры позволяют накапливать тепло более семи дней.

Почти во всех случаях его можно использовать в качестве пассивных систем охлаждения путем инвертирования рабочего режима.

Инструменты проектирования
Традиционно гелиодон использовался для имитации высоты и азимута солнца, сияющего на образцовом здании в любое время любого дня в году. В наше время компьютерные программы могут моделировать это явление и интегрировать местные климатические данные (включая воздействие на местности, такие как затенение и физические препятствия), чтобы предсказать потенциал солнечной энергии для конкретного проекта здания в течение года. Приложения для смартфонов на базе GPS теперь могут делать это недорого на ручном устройстве. Эти конструктивные инструменты предоставляют пассивному солнечному дизайнеру возможность оценить местные условия, элементы дизайна и ориентацию до начала строительства. Оптимизация производительности энергии обычно требует итеративно-уточнения процесса проектирования и оценки. Не существует такой вещи, как «универсальный пассивный солнечный дизайн здания с одним размером всех», который будет хорошо работать во всех местах.

Уровни применения
Многие отдельные пригородные дома могут добиться сокращения расходов на отопление без очевидных изменений в их внешнем виде, комфорте или удобстве использования. Это достигается с помощью хорошего размещения и размещения окон, небольших количеств тепловой массы, с хорошей, но обычной изоляцией, выветривания и случайного дополнительного источника тепла, например центрального радиатора, подключенного к (солнечному) водонагревателю. Солнечные лучи могут падать на стену днем ​​и повышать температуру ее тепловой массы. Вечером это излучает тепло в здание. Внешнее затенение или лучистый барьер плюс воздушный зазор могут использоваться для уменьшения нежелательного летнего солнечного усиления.

Расширение «пассивного солнечного» подхода к сезонным солнечным захватам и хранению тепла и охлаждения. Эти конструкции пытаются захватить солнечное тепло теплового сезона и передать его в сезонный тепловой магазин для использования месяцами позже в холодное время года («годовая пассивная солнечная энергия»). Увеличенное хранение достигается за счет использования большого количества тепловой массы или сцепления с землей. Анекдотические сообщения предполагают, что они могут быть эффективными, но не было проведено никаких официальных исследований, чтобы продемонстрировать свое превосходство. Подход также может охлаждать в теплое время года. Примеры:

Пассивное ежегодное хранение тепла (PAHS) – Джон Хейт
Годовое нагревание геотермальной солнечной системы (AGS) – Дон Стивен

Заземленная крыша
В «чисто пассивном» доме с солнечным подогревом не было бы механического печного блока, полагающегося вместо этого на энергию, поглощенную солнечным светом, только дополненную «случайной» тепловой энергией, выделяемой огнями, компьютерами и другими специализированными приборами (например, для кулинария, развлечения и т. д.), душ, люди и домашние животные. Использование естественных конвекционных воздушных токов (а не механических устройств, таких как вентиляторы) для циркуляции воздуха связано, хотя и не строго с солнечным дизайном. Пассивная конструкция солнечного здания иногда использует ограниченное электрическое и механическое управление для работы демпферов, изоляционных жалюзи, теней, навесов или отражателей. Некоторые системы привлекают небольшие вентиляторы или дымоходы с солнечным нагревом для улучшения конвективного потока воздуха. Разумным способом анализа этих систем является измерение их коэффициента производительности. Тепловой насос может использовать 1 Дж для каждых 4 дж, который он дает, чтобы дать КС 4. Система, которая использует только вентилятор мощностью 30 Вт для более равномерного распределения 10 кВт солнечного тепла через весь дом, будет иметь КС 300.

Пассивная конструкция солнечного здания часто является основополагающим элементом рентабельного здания с нулевой энергией. Хотя ZEB использует несколько концепций дизайна пассивного солнечного здания, ZEB обычно не является чисто пассивным, имея активные механические системы генерации возобновляемых источников энергии, такие как: ветряная турбина, фотогальваника, микрогидро-, геотермальные и другие возникающие альтернативные источники энергии.

Пассивный солнечный дизайн на небоскребах
В последнее время наблюдается интерес к использованию большого количества площади поверхности на небоскребах для повышения общей энергоэффективности. Поскольку небоскребы становятся все более распространенными в городских условиях, но требуют большого количества энергии для работы, существует потенциал для больших объемов экономии энергии с использованием пассивных методов солнечного дизайна. В одном исследовании, в котором анализировалась предложенная в Лондоне башня Бишопсгейтской башни, было установлено, что 35% -ное снижение энергопотребления теоретически может быть достигнуто за счет косвенного солнечного усиления, путем поворота здания для достижения оптимальной вентиляции и проникновения дневного света, использования материалов с высокой тепловой массой для уменьшения колебаний температуры внутри здания и использования двойного или тройного глазурованного стекла с низкой излучательной способностью для прямого солнечного усиления. Косвенные методы солнечного усиления включали смягчение теплового потока стены путем изменения толщины стенки (от 20 до 30 см) с использованием оконного остекления на открытом пространстве для предотвращения потери тепла, выделения 15-20% площади пола для хранения тепла и реализации тромба чтобы поглотить тепло, входящее в пространство.Свесы используются для блокирования прямых солнечных лучей летом и зимой, а жаропонижающие жалюзи вставлены между тепловой стеной и остеклением, чтобы ограничить нагрев в летние месяцы.

В другом исследовании проанализирован двойной зеленый фасад кожи (DGSF) на внешней стороне высотных зданий в Гонконге. Такой зеленый фасад, или растительность, покрывающая внешние стены, может значительно усилить использование кондиционера – до 80%, как обнару исследователи.

В более умеренном климате такие стратегии, как остекление, регулирование соотношения между окнами и стеной, затенение солнцем и стратегии крыши могут обеспечить значительную экономию энергии в диапазоне от 30% до 60%.