Собираем деньги на общий дом творчества через Яндекс.Деньги в Вконтакте

Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Наш опыт, полезные советы, технические приемы, библиотека

Модераторы: МариНика, AlexM

Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Вт, 27 мар 2012 13:29

Не знаю знакомы ли Вы или нет с этим замечательным изобретателем, но решил поделиться с Вами.

Вильям Шарсклифф - американский физик ядерщик у которого было хобби, проектировать "Солечные дома". (это в коротко :-) )

С его разработками я познакомился уже лет так 15ть назад и думал, что эти прогрессивные идеи быстро у нас появятся и начнут популизироваться, но этого все не происходит :-( Именно по этой причине решил поделиться с Вами.

И так оригинал статьи:
William A. Shurcliff, Norman B. Saunders "Super Solar Houses: Saunders's 100% Low-Cost Solar Designs" (Супер солнечные дома: Саундерса 100% Дешевый солнечный дизайн) (это мой вольный перевод не судите строго)
http://www.builditsolar.com/Projects/So ... ders-1.pdf

Переписка обсуждения проекта с большим количеством обсуждений разных ньюансов проекта http://www.ibiblio.org/london/renewable ... 00010.html

Частичный перевод этой статьи можно найти на сайте http://cliff-house.mensh.ru/ (полный перевод продают за деньги)

Патенты Нормана Сандерса http://www.mensh.ru/patenty_normana_saundersa

А так же еще один вариант реализации подобного дома (очень наглядный)
The Kosmer Solar House Project. The Passive Solar Home. - http://www.solarhouseproject.com/

По советской системе этот дом считается интегральным солнечным домом, так он в себе совмещает как пассивную солнечную систему (колектор фасад, аккумулятор цокаль), так и активную (для циркуляции теплоносителя-воздуха применяются два слабомощьных вентилятора).

Попробую изложить основные достоинства этих домов:
1. Низкая стоимость - такой дом стоит, как самый обычный, эффективность этого дома достигается за счет использования архитектурных решений. Роль солнечного коллектора выполняет большое остекление южного фасада, что позволяет отказаться от дорого стоящего активного солнечного оборудования (колекторы, насосы, трубы).
2. Энерго независимость системы - достигается за счет отсутствия каких либо мощьных энерго потребителей. Для работы системы необходимо два вентилятора и два термодатчика для управлений вентиляторами.
3. Комфортабельность - эти дома не накладывают ограничения на внутренее пространство дома по расположению комнат и пр., как это было в домах со "стеной тромба".

P.S. Надеюсь найдутся люди желающие принять участие в развитии и адаптации этой системы к нашим условиям.
Последний раз редактировалось Oakim Ср, 28 мар 2012 18:49, всего редактировалось 1 раз.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 10:43

Думаю стоит начать с перевода статьи, а там и обсуждение начнется. (надеюсь вы мне с переводом поможете).

Выдержки из William A. Shurcliff, "Супер солнечные дома - Сондерс 100% солнца, недорогой дизайн", стр. 89-118, Brick House Publishing Company, Andover, Mass., (c) 1983 by William A. Shurcliff.

ДОМ КЛИФА.

Дом Клифа: Общие данные.


Cliff House, спроектирован и построен после дома Шрусбери и имеет некоторые особенности которые не были использованы в доме Шрусбери. В тоже время он равнен дому Шрусбери в том, что он на 100% обогревается солнцем и при этом не имеет котла или дровяной печи, а так же почти полностью автоматический, Cliff House имеет следующие преимущества:
• Он имеет вполне нормальный вид, нет стеклянной крыши.
• Это дает архитектору практически полную свободу в выборе формы дома, при условии, что он имеет общий план прямоугольного параллелепипеда (коробки), и можно свободно выбрать расположение комнат.
• Он имеет автоматически управляемое отопление и охлаждение
• Солнечная теплица (Атриум) большая и вполне пригодна для использования.
• Сплит-дизайн уровней не происходит. Вход в основной сюжет на-класса. (Split-level design is avoided. Entrance to the main story is on-grade.)
• Нет необходимости входить в дом через солнечную теплицу.

Эти особенности, могут придать больший интерес к данному дому не только потенциальным собственникам, но и архитекторам, которые подробно рассмотрены в следующих разделах.
Последний раз редактировалось Oakim Ср, 28 мар 2012 14:31, всего редактировалось 1 раз.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 11:21

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Cliff House расположен на южном склоне 40-футов (12,19 м) высотой в Вестоне, штат Массачусетс, примерно в 12 милях (19,3 км) к западу от центра Бостона. Перед домом пологий склон засеянный газоном на все 40 футов (12,19 м) к югу от дома, и за его пределами склон спускается круто вниз. Это ветреные места, нет высоких деревьев к западу или к югу от дома. Это 6000 градусов в день (по Фаренгейту) (It is a 6,000-degree-day (Fahrenheit) location.).
Это двухэтажный, деревянный, каркасный дом, 3 - спальни, 2 1/2 ванные комнаты, большая интегральная солнечная теплица на юге и гараж на две машины на востоке. Есть так же чердак, но не подвал, выступ скалы находится в нескольких метрах ниже пола первого этажа.
Размеры пространства круглогодичного проживания 38 футов х 28 футов (11,6 м х 8,5 м). Таким образом, площадь пространства круглогодичного проживания двух этажей составляет 2 х 38 х 28 = 2128 кв футов (2 х 11,6м х 8,5 м = 197,2 м2 ). Если прибавить к этому пространству еще 456 кв футов (42,92 м2) области солнечной теплицы 38 футов х 12 футов (11,6 м х 3,7 м), приходим к общей площади в 2584 квадратных футов (240 м2). Если добавить также 624 квадратных футов (58 м2), 26 футов х 24 футов (8 м х 7,32 м) гараж, приходим к общей площадью 3664 кв футов (340 м2).
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 11:38

Дом основан на общем дизайне Эдварда Ф. Сзабо, архитектора, проживающего в Уолтхэме, Массачусетс.

Общая форма дома, ориентация, точное местоположение и ньюансы солнечного отопления были разработаны Н. Б. Сондерсом. Поскольку система солнечного отопления в виду своих особеностей не вторгалась в жилую область дома (за исключением двух проходящих воздуховодов и двух вентиляторов), архитектор наслаждался большой свободой при проектировании жилой области дома.
Главные солнечные особенности включают:
• чрезвычайно большая застекленная область вертикальной южной стены, который служит солнечным коллектором и также удобной областью гостиной
• верхняя высокотемпературная система хранения на чердаке
• низкотемпературная система хранения, простирающаяся под всей жилой областью дома в цокале
• система воздушного отопления и охлаждения
• солнечная система горячего водоснабжения

Строитель, Антонио Палсоун, является также владельцем. Он и его семья будут жить в этом доме.

Стоимость, не включая землю и оплату архитектора и оплату солнечного проектировщика, составила бы приблизительно 120,000$, если бы строил обычный стройподрядчик. Поскольку владелец одновременно был и генеральным подрядчиком, сделал большую часть работы сам, и показал выдающуюся изобретательность в сокращении затрат на материалы и работу, реальная стоимость - вероятно, значительно меньше, чем эта сумма.

Следующие эскизы дома показывают общее расположение дома и внешний вид.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 12:44

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 12:57

План этажей

Изображение

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 14:15

ОБЩИЕ ЦЕЛИ И СТРАТЕГИИ

(на данный момент я не знаю как правильно перевести единицы теплоемкости, думаю в будущем когда дойдем до расчетов теплового баланса все подкоректируем)

Все основные цели были перечислены в преидущих главах, применимых ко всем трем зданиям (тут имеются ввиду еще проекты описаные в начале книги, к великому сожалению в интернете можно найти только третью часть этой книги :-( ).
Некоторые цели, определенные для Cliff House:
Создать большую интегральную солнечную теплицу для освещения, общего проживания, и т.д. Любое другое использование солнечной теплицы для выращивание скажем растений, вторично.
Принять меры, чтобы у дома в целом, была нормальная крыша (никакого остекления или группы окон по крыше).
Главная же цель солнечного проектировщика состояла в том, чтобы достигнуть 100%-ого солнечного обогрева, заметно не ограничивая архитектора. Архитектор должен был быть свободен в выборе числа комнат, формы и размеров комнат, материалов, используемых на этажах, стенах помещений, и т.д. Другими словами, дизайн жилых площадей не должен был быть зависим от поглащения солнечной энергии, хранения солнечной энергии или энергосбережения (Такие идеи должны были применяться только к чердаку, пространству ниже пола первого этажа и части солнечной теплицы).

Главные стратегии, определенные для Дома Клифа:
• Использовать солнечную теплицу в качестве коллектора средней и высокой температуры и в то же самое время сохранять большую часть солнечной теплицы при температуре ниже 80°F (26,67 С) приятной для сыновей, сидящих или играющих там.
• Принять меры, чтобы ограниченный, конвективный горячий поток воздуха в пределах солнечной теплицы нес собранную солнечную энергию (при температуре нагрева поверхности до 800°F (426.67 С) то восходящий поток воздуха 140°F (60 С) ) вверх в южную часть чердака. Кроме того, возвращающийся поток в пространство солнечной теплицы должен быть относительно прохладен (примерно от 65 ° (18,33С) до 75°F (23,89С)), чтобы сохранить большую часть солнечной теплицы достаточно прохладной и комфортной для находящихся там людей.
• Установить в южной части чердака, верхнюю высокотемпературную систему аккумулирования, у которой есть большая аккумулирующая способность (25,000 БТЕ / ° F (7,327 кВт)) и большая площадь поверхности (1,800 кв. ft. (167,23 м2)), и которая имеет высокую степень тепловой стратификации (Прим.: разделение по высоте на тепловые слои).
• Организовать под полом первого этажа, низкотемпературную систему хранения, у которой еще большая тепловая емкость (60,000 БТЕ / ° F), намного большая площадь поверхности (30,000 кв. ft. (2787,19 м2)) и тепло стратифицированный. Типичная температура этой системы, зимой, должна быть от 60 ° (15,56С) до 75°F (23,89С).
• Сделать систему автоматического управления двумя вентиляторами с регулированием скорости (и подобрать подходящие воздуховоды) способную к выполнению любой из функций, которые требуется для того, чтобы поддерживать комфорт в комнатах:
доставка теплого аттического воздуха в комнаты, доставка теплого аттического воздуха к низкотемпературной системе хранения, доставка прохладного воздуха из самой прохладной области низкотемпературной системы хранения в комнаты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Сондерс получил патент на эту систему управления потоками воздуха, с данными качествами (Прим.: на сегодня данную систему управления можно собрать на коленке за пол часа :-) ).
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 15:06

КОММЕНТАРИИ К ДВУМ СИСТЕМАМ ХРАНЕНИЯ (аккумулирования)

Верхняя и нижняя системы хранения очень сильно отличаются и по функциям и по составу. Понимание этих различий важно для понимания того, как система в целом может обеспечить 100%-ое солнечное отопление и может поддерживать температуру в комнатах близкой к идеалу зимой и летом.

Верхняя система аккумулирования

Эта система должна быть легкой, потому что (1) находится на вверху; (2) потребует мощной системы поддержки; и (3) возрастающая стоимость дополнительной поддержки должна быть сохранена небольшой (на заказ от 500$ до 1,000$). Этим характеристикам отвечает вода; у нее есть большая тепловая емкость (БТЕ за lb.), больше чем у какого либо другого дешевого материала аккумуляции. Поскольку в этой системе хранения высокая степень тепловой стратификации (верхняя часть очень горячая, более низкая относительно прохладная) то необходимо использовать много теплоизоляции выше системы аккумулирования, но при этом можно использовать меньшее количество изоляции для нижней части системы аккумулирования.
Поскольку эта системы подвергается большому температурному колебанию, нет никакой необходимости в системе, которая будет иметь очень большую площадь поверхности (для обмена высокой температурой с воздухом, проходящим через нее); общая площадь поверхности теплообмена приблизительно 1,800 кв. ft. (167,23 м2) должна быть достаточной.

Нижняя система аккумулирования

Поскольку эта система находится непосредственно на земле (на скале выступа), то мы не ограничены весом. Таким образом использование огромного веса материала хранения - скажем 100 тонн - допустимо.
В частности допустимо использовать камни, даже при том, что, соотношение фунт камня на фунт воды, может с аккумулировать только одну пятую от тепловой мощности аккумулируемой водой. Решение использовать камни открывает дверь к большой выгоде: при помощи камней только несколько дюймов в диаметре проектировщик достигает общей поверхности теплообмена приблизительно 30,000 кв. ft., a это действительно огромная площадь. Поскольку площадь настолько большая, разница дельты-T во время теплопередачи от воздуха к камням (или наоборот) незначительна (меньше чем одна сотая Фаренгейта). И потому что эта разница так незначительна, температура верхней части гравийного аккумулятора (и бетонный пол первого этажа немного выше аккумулятора) очень близки к 70°F (21,11С), это условие выполняется независимо от того, высока ли (130°F (54,44С)), низка ли (85°F (29,44)) температура верхней системы аккумулирования.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 15:56

Поскольку верхняя часть гравийного аккумулятора и бетонного пола почти всегда близка к 70°F (21,11С), на них можно возложить выполнять две совершенно противоположных функции: (1) нагревание воздуха первого этажа всякий раз, как там воздух угрожает стать более прохладным, чем 70°F (21,11С), и (2) охлаждение, всякий раз, когда воздух угрожает стать более горячим, чем 75°F (23,89). Даже если, в единственный день зимой, комнаты угрожают утром стать слишком холодными, а днем стать слишком горячими, рассматриваемая аккумулирующая масса может обеспечить высокую температуру утром и охлаждение днем, и таким образом сохраняя комфортную температуру в комнатах всегда. Все это возможно из-за большой теплоемкости и большой поверхности теплообмена гравийного аккумулятора и бетонного пола.
Ясно, что было бы невыносимо если нижняя система хранения стала бы намного более горячей, чем 75°F (23,89С).
Это быстро бы перегрело нижние комнаты (конвекцией и радиацией), и чрезмерно горячий воздух отсюда, поднялся бы в комнаты на втором этаже, делая их так же слишком горячими.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 16:43

В результате две жилое пространства зажато между верхней и нижней системами аккумулирования, каждая из которых разработана специальным образом для выполнения их специфических функций. У этой комбинации есть мгновенная двухсторонняя способность: верхняя система хранения готова всегда моментально дать высокую температуру, а нижняя система аккумулирования всегда готова выступить против переохлаждения или перегрева дома.

Обратите внимание на то, что фактически все другие обогреваемые солнцем здания испытывают недостаток в такой двухсторонней способности. Типичный солнечный дом имеет только одну систему аккумулирования, и зимой эта система сохраняемая горячей, неспособна в теплый день марта предотвратить перегревание помещения. Летом эта система сохраняется прохладной и если, холодным вечером в июне, комнаты становятся слишком холодными мы ни получим ни какой помощи вообще. В весенний и осенний период, несколько жарких дней могут чередоваться с несколькими холодными днями, или наоборот, и многие солнечных системы обогрева неготовы к такой ситуации. Поэтому, в типичных солнечных домах есть вспомогательная система обогрева, чтобы отопить при в внезапных холодных периодах и, возможно, понадобится вспомогательная система охлаждения, чтобы выручить при жарких периодах. Вентиляционные окна не эффективны (для охлаждения), если наружная температура 90°F (32,22С).

Дизайн Дома Клифа таков, что комнатная температура остается близко к комфортной температуре, даже когда несколько жарких дней сменяются несколькими холодными днями; и нет никакой необходимости жильцу управлять какими либо системами, поскольку система полностью автоматическая, как объяснено на странице 110. (Жилец должен вносить определенные корректировки каждую осень и каждую весну; но никакие ежедневные регулировки не нужны).

Как объясняется далее, тепловая стратификация в пределах каждой системы аккумулирования запланирована, то есть, входящий тепловой поток и выходящий тепловой поток разделены.(enhanced by the heat-input flow patterns and also by the heat-output flow patterns). Стратификация важна для полной многосторонности и эффективности системы управления температурой.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 17:36

СОЛНЕЧНАЯ ТЕПЛИЦА (АТРИУМ)

Самый важный и самый интересный компонент солнечной системы отопления дома Клифа - большая интегральная солнечная теплица, которая служит солнечным коллектором.
Солнечная теплица разработана, чтобы соответствовать этим двум на первый взгляд несовместимым требованиям:
• Время от времени, когда она получает много солнечного излучения, она должна поглотить большую часть радиации и преобразовать в высокую температуру и передать воздуху в своих пределах. Этот горячий воздух подымается к потолку солнечной теплицы, проходит вверх через щель в потолке и разделяясь на потоки проходит через верхнюю систему хранения, расположенную в южной половине чердака.
• Задняя часть солнечной теплицы при этом должна всегда оставаться достаточно прохладной (ниже 80°F (26,67С)), чтобы быть комфортной для находящихся там людей. Далее объясняется, как эти на первый взгляд несовместимые вещи достигаются.

РАЗМЕРЫ

Солнечная теплица во всю ширину дома, то есть, 38 футов (11,58м). Высотой в два этажа (18 футов. (5,49м)) и 12 футов (3,66м) в глубину между севером и югом.

Изображение

ОСТЕКЛЕНИЕ

Общая площадь остекления внешней стены солнечной теплицы - 450 кв. ft. (41,8 м2) Что включает в себя:

Южная сторона солнечной теплицы состоит, из восьми больших вертикальных окон - четыре в нижнем ряду и четыре в верхнем ряду. Каждое из окон состоит из двух больших застекленных половинок, которые имеют тип раздвижной двери; то есть, они установлены на рельсах, как обычные раздвижные двери. Однако, чтобы устранить воздушную утечку по краям, строители зафиксировали группы в закрытом положении. Каждое из этих восьми окон 8 футов (2,44м) шириной на 6 футов и 4 дюйма (1,94м) высотой и общей площадью всех восьми окон 400 кв. ft. (37,16м2).

Каждая группа состоит из двух листов стекла без железа (Прим.: такое стекло пропускает максимальное количество ифракрасного спектра, в отличии от обычного оконного которое очень плохо пропускает инфракрасный спектр из-за большого содержания железа), прозрачно-белое (Прим.: в то время как обычное оконное зеленоватое), 3/16 дюйма (4.7625 мм) толщиной - с воздушным пространством между стеклами 3/8 дюйма (9,525 мм) . Коэффициент пропускания каждой такой группы относительно коэффициента солнечного излучения в пределах угла 30 ° обычно составляет 77%. коэффициент-R группы остекления равен 1.9.
Восточная дверь солнечной теплицы состоит из двух скользящих стеклянных панелей с двойным остеклением. Рабочая площадь: 25 кв. ft. (2,32 м2) Коэффициент пропускания и коэффициент-R совпадают с остеклением для южных окон.
Западная дверь солнечной теплицы идентична восточной двери.

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 17:58

ПОЛ

Пол в солнечной теплице представляет собой бетонную плиту лежащую на нижнем гравийном аккумуляторе, облицованный керамической плиткой.
В данном случае солнечный нагрев не используется, и потому цвет плитки не важен, поскольку до него доходит минимальное количество прямого солнечного излучения. (Солнечное излучение падает на специальную систему перехвата, обсуждаемую далее)

СЕВЕРНАЯ СТЕНА

Северная стена солнечной теплицы включает в себя массивную структуру дымохода и шесть больших окон, служащих для обеспечения дневным светом и небольшим прямым солнечным нагревом нижних и верхних южных комнат. Каждая из шести застекленных областей состоит из скользящих стеклянных дверей, каждая из которых с двойным остеклением.

Владелец может позже установить, в северной части солнечной теплицы балкон (2 или 3 фута шириной) , который бы служил верхним южным комнатам.

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Ср, 28 мар 2012 18:18

Структура дымохода в солнечной теплице 8 футов шириной и 3 фута толщиной. На уровне пола чердака ширина уменьшается с 8 футов до 4 футов. С северной стороны структуры дымохода размещается камин 3-ft.-шириной, делящий на гостиную и столовую помещение длинной 38-ft. Топка камина в западной части кирпичной структуры. В восточной части структуры дымохода есть вертикальный канал с поперечным сечением 2 фута x 2-фута. Нет никакого определенного идеи как использовать этот канал, но он может позже быть использован для улучшения охлаждения, как будет объяснено далее.
Дымоход сделан из обычного красного кирпича, данная структура (не учитывая часть в пределах или выше чердака) имеет массу приблизительно в 20,000 фунтов и тепло аккумулирующую мощность приблизительно в 4,000 БТЕ / ° F.

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 13:02

СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ВОЗДУШНОГО КОЛЛЕКТОРА

Крайне важной для всей системы поглощения и хранения солнечной энергии является устройство солнечного коллектора : большая площадь, малый вес, которого перехватывает большую часть солнечного излучения, которое попадая в атриум, который преобразовывает радиацию в тепловую энергию, и быстро передает эту высокую температуру воздуху. Поднимающийся горячий воздух, входит в южную часть чердака и передает большую часть своей тепловой энергии верхней системе аккумулирования.

Заметьте, что, если бы большая часть солнечного излучения попадая в атриум падала бы на пол, северную стену или массив кирпичной дымовой трубы, то это все сильнее и сильнее нагревало бы их и, очень скоро, атриум полностью был бы слишком перегрет для комфортного нахождения там. Очень важно, что бы большая часть солнечного излучения поглощалась и передавалась восходящему потоку воздуха, а не полу или стенам, или др. конструкциям атриума.

Конечно, перехват солнечного излучения не должен быть полным, иначе атриум будет темным и жильцам не будет вида из окон. Система перехвата солнечного излучения должна быть разработана, так чтобы (a) перехватывать и поглощать приблизительно от 80% до 90% солнечного излучения, попадающего в атриум через южные окна, а так же (b) позволять приблизительно от 10% до 20% излучения проникать глубоко в атриум (в виде рассеянного света), чтобы обеспечивать дневное освещение и вид из окон.

Система перехвата солнечного излучения представляет собой, 400 узких вертикальных широких лент, каждая из которых 15 футов (4,57 м) высотой, 4 дюйма. (10 см) шириной, и 0.005 дюйма. толщиной, расположены они в атриуме на расстоянии 1 (30 см) - 2 (60 см) фута от стекла. Эти ленты расположены параллельно друг другу и могут поворачиваться вокруг своей оси оставаясь параллельными. Каждая лопасть темно-зеленовато-серого цвета; покрыты зеленым пигментом хрома, он использован по тому, что из-за своих специфических свойств поглощения почти всей инфракрасной части солнечного спектра, при этом отражая большую часть видимой части спектра (средняя часть спектра) солнечной радиации.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 13:42

Потянув за шнур, посетитель атриума может изменить ориентацию лопастей. Оставаясь вертикальными, они могут быть повернуты, чтобы пропускать больше чем 95% прямых солнечных лучей, или повернуть, чтобы солнечные лучи почти не проходили. Или житель может изменить ориентацию, так чтобы открыть только некоторые избранные участки.

Как правило (зимой) основная ориентация - та, при которой система может поглощать от 80% до 90% солнечного излучения, падая на множество лопастей оно поглощается ими, в то время, как приблизительно от 10% до 20% радиации проходит. Благодаря уникальным свойствам пигмента, используемого на лопастях, коэффициент пропускания видимого спектра значительно превышает значения в 10% или 20%; они соответствуют приблизительно коэффициенту от 20% до 35%, и в результате дом не кажется темным или мрачным.

Во время солнечного полдня в январе лопасти получают и поглощают много солнечного излучения, становятся очень горячими, и нагревают воздух вокруг себя. Результат: сильный восходящий поток очень горячего воздуха в непосредственной близости от лопастей. Горячий воздух подымается вверх, под потолком атриума, поток отклоняется к северу на несколько дюймов и входит в южную часть чердака (через широкую щель 34 фута (10,36 м) длиной, 6 дюйма (15 см) шириной) (См. рисунок) Поток воздуха, конечно, полностью свободен.

Лопасти расположены достаточно далеко в атриуме от окон (на расстоянии 1 - 2 фута (30 - 60 см)), в результате чего восходящий поток воздуха не пересекается с нисходящим прохладным потоком воздуха, опускающегося в пределах 2 дюймов (5 см) от окон. Этот нисходящий поток воздуха (обратного воздуха), опускается с южной части чердака (верхней системы аккумулирования) через щель, расположенную ближе к южному краю чердака, почти около самых окон атриума.

Обратите свое внимание на образующуюся в данном случае циркуляцию потоков воздуха в атриуме - опускающийся поток: воздух проходящий близко от окон опускается, воздух находящийся дальше от окон поднимается. Почему это происходит?
Это происходит потому что очень горячие жалюзи расположены на большом расстоянии от окон и намного более горячи, чем оконное стекло.

Заметьте также, что поток полностью свободен; это происходит по причине конвекции воздушных потоков.

Так же обратите внимание , что этот поток независим от потоков, циркулирующих в жилой части дома или в гравийном аккумуляторе. Пока все двери и окна между комнатами и солнечной теплицей остаются закрытыми, то никакие воздушные потоки из атриума в комнаты или наоборот не проходят.

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 13:45

Изображение

Изображение

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 14:29

СИСТЕМЫ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

ВЕРХНЯЯ СИСТЕМА АККУМУЛИРОВАНИЯ

Цель верхней системы аккумуляции заключается в том, чтобы сохранять большое количество энергии при максимально высокой температуре, а так же преобразовывать 800°F (426,67С) в 130°F (54,44 С ) (в данном случае 426,67С это температура восходящего потока воздуха).

Расположение и компоненты

Система расположена в южной части чердака и окружена теплоизоляцией. Нижняя часть чердака изолирована стекло волоконными матами термосопротивлением в R-19, то есть система аккумуляции снизу покрыта изоляцией 6 дюймов толщиной (150 мм). Кроме того, крыша и стены чердака изолированы стекло волоконными матами с R-30.

Система представляет из себя 10 тонн (20,000 фунтов.) обычной воды. Нет никакого антифриза, ничто, чтобы управлять уровнем pH, для защиты от коррозии или водорослей. Упаковка немного добавляет к теплоемкости всей системы.

Контейнеры для воды это бывшие в употреблении 55 галонные (208,2 литровые) пластмассовые бочки в количестве 50 штук. Общий объем составляет 2,750 галлонов (10 409.88 литров) и полная эффективная площадь поверхности тепло обмена, составляет 1,800 ft.2 (167,13 м2). Бочки установлены в два этажа. Нижний ярус состоит из ряда в две бочки и верхний ряд бочки в один ряд. Расстояние между бочками приблизительно 2 дюйма (5 см) этого вполне достаточно, чтобы поток воздуха свободно протекал.

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 18:47

Как это работает

Горячий воздух из атриума входит в верхнюю систему аккумулирования по такому пути, что сначала этот воздух вступает в контакт с верхним рядом заполненных водой бочек - которые самые горячие. После охлаждения до более низкой температуры, воздух под силой тяжести опускается и контактирует с нижними рядами бочек, отдавая им остатки своей тепловой энергии. Другими словами, путь потока воздуха такой, который поддерживает и даже увеличивает тепловую стратификацию в этой системе аккумулирования.
Фактически, есть дополнительное условие, благодаря которому увеличивается стратификация: воздух контактирует сначала с верхней частью каждой бочки прежде, чем спуститься и вступить в контакт с нижней частью этой бочки. Таким образом даже стратификация в пределах одной бочки очень значительна.

Очевидные следствия: (1) верхняя область системы аккумулирования может быть очень горячей, даже достигать температуры 135°F (57,22 С); (2) самая нижняя область может быть прохладной, около 60°F (15,56 С); и (3) воздух, который (после отдачи тепловой энергии) опускается в атриум, прохладный - достаточно прохладный, чтобы противодействовать в нижней части атриума (область где находятся люди) любой тенденции повышения температуры воздуха выше комфортной.

(Как я рассказываю на следующих страницах, тепловая стратификация увеличена не только путем деления потока горячего воздуха в атриуме, но также и путем потока прохладного воздуха, идущего вверх через лестничную клетку. Есть два способа использования их в работе! (There are two enhancement processes at work!))

Изображение
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Чт, 29 мар 2012 19:31

НИЖНЯЯ СИСТЕМА АККУМУЛИРОВАНИЯ (НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СИСТЕМА АККУМУЛИРОВАНИЯ)

Местоположение и компоненты

Нижняя система аккумулирования состоит из (1) большого количества камней, расположенных ниже пола первого жилого этажа по всей площади (бетонная плита 4 in. (10 см) толщиной), и (2) является одновременно полом. Скала уступа находящаяся ниже аккумулятора участвует совсем немного. Площадь нижней системы аккумулирования составляет 37 футов. x 27 футов (11,27 м х 8,23 м).

Предназначение

Главное предназначение нижней системы аккумулирования состоит в том, чтобы регулировать температуру, то есть, чтобы держать температуру воздуха первого этажа близкой к 70°F (21,11 С) и препятствовать тому, чтобы температура не сильно превышала это значение в солнечные дни (когда большая часть солнечного излучения проходит через атриум и попадает в комнаты жилой части здания), или сильно понижалась в очень холодные ночи.

Быстрое регулирование осуществляется благодаря главным образом большой теплоемкости нижней системы аккумулирования, а также благодаря большой площади теплообмена. Пол отдает энергию в комнаты конвекцией и радиацией.

Также регулирование зависит в значительной степени от большой площади теплообмена между камнями. Если, например, камни стремятся стать слишком холодными, они могут быть подогреты очень быстро, потоком теплого воздуха от верхней системы аккумулирования. Они могут быть нагреты очень быстро, даже если верхняя система аккумулирования не очень горячая - благодаря огромной площади поверхности теплообмена камней и благодаря малой разнице их температуры.

Основные особенности

У количества камней весом в 100-тонного есть тепловая емкость приблизительно 35,000 БТЕ / ° F (84 000 кДж/(кг °С)) (Удельная теплоемкость камня - 0.84 кДж/(кг °С), воды - 4,218 кДж/(кг °С)). Так если прибавить эффективную теплоемкость стен цокаля, скального выступа находящегося ниже и т.д., то получим полную приблизительную теплоемкость аккумулятора составляющую 60,000 БТЕ / ° F.

Эффективная площадь поверхности теплообмена - приблизительно 50,000 кв. ft. (4 645,32 м2)

В данном случае никакая паро - гидроизоляция не используется не ниже, не выше камней. Так как проблема влажности не ожидается, поскольку расположение дома на скальном склоне и стены фундамента снабжены водосточными трубами.

Обратите внимание на то, что никого специального контейнера для камней не изготавливалось. Сами стены фундамента, вместе с стеной со стороны северного края атриума, служат контейнером.
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

Re: Супер солнечный дом - Вильяма Шарлкиффа

Сообщение Oakim » Пт, 30 мар 2012 12:42

СИСТЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ ПОТОКОВ ВОЗДУХА

Два воздуховода для принудительной циркуляции потоков воздуха используются, чтобы распределить горячий воздух с верхней системы аккумулирования. Эти два потока начинаются вместе: они идут вместе вертикально вниз в воздуховодах длинной l0-ft (10 м), после чего поворачивают на север по середине верхней системы аккумулирования. Поток создается верхним вентилятором, обсуждаемым далее.

Поток разделяется на два маршрута доставки: 1) маршрут доставки для первого этажа, обеспечивающий снабжение горячим воздухом комнат первого этажа 2) маршрут доставки пола, обеспечивающий доставку горячего воздуха к нижней системе аккумулирования, то есть, к галечному аккумулятору.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ДВУХ ПОТОКОВОЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУХА

Способ снабжения первого этажа достаточно очевиден: поток горячего воздуха от верхней системы аккумулирования подается в комнаты первого этажа и далее, этот поток теплого воздуха поднимается через лестничную клетку к верхнему этажу нагревая комнаты второго этажа.

Способ теплоснабжения пола не так очевиден. Здесь, фактически, выполняются две функции: (1), это нагрев галечного аккумулятора, или скорее нагрев его верхнего слоя, и (2), охлаждение комнат, если в них слишком жарко. А как тогда один поток горячего воздуха может выполнять эти две противоположные функции? И как при этом можно охлаждать комнаты? Эти две вещи можно сделать потому, что галечный аккумулятор не однороден по температуре: часть, в которую горячий воздух проникает сначала (это верхняя центральная часть) теплая, а часть, с которой воздух сталкивается в дальнейшем (охлажденный периметр) прохладна. (Воздух, который входит в галечный аккумулятор и затем идет под небольшим наклоном вниз имеет тенденцию становиться все холоднее, так как он движется наружу.) Таким образом в системе движения горячего воздуха из теплой части галечного аккумулятора есть возможность выдавливать более холодный воздух из охлажденной части галечного аккумулятора и комнат первого этажа. После охлаждения в комнатах верхнего этажа охлажденный воздух спускается к нижней лестничной клетке. В результате это охлаждает оба этажа. После чего воздух возвращается на чердак через отверстие на верхней лестничной клетке.

ПУТЬ ПОТОКА ВОЗДУХА ДВИЖУЩЕГОСЯ ВНИЗ

Воздух подается из верхней системы аккумулирования через канал в северной части аккумулятора на уровне двух третьих высоты от пола до потолка системы. Таким образом воздух отделен от более горячего в верхней половине области, и он не очень горячий. Верхняя часть используется для поглащения высокой температуры трубами, которые предварительно подогревают горячую воду для внутреннего водоснабжения.
Воздушные потоки опускаются вниз по воздуховодам длинной l0-ft. (3 м), поперечное сечение которых составляет 2 фута x 2 фута .
Там они поворачивают и начинает идти на север - в двух параллельных, горизонтальных, воздуховодах между балками, каждая из которых составляет 1 фут x 2 фута (300мм х 600мм) в поперечном сечении. Здесь есть два разных пути:
1. Этот используется для подачи в комнаты первого этажа (столовая, жилые комнаты и т.д.)
2. Этот идет на север к северной стене дома а потом идет вниз во входное отверстие нижней системы аккумулирования. (Путь потока воздуха в пределах этой системы обсуждается далее. В конечном итоге воздух выходит в кухне.)
Обратные потоки обсуждаются далее.

Изображение

Место где теплый воздух из верхней системы аккумулирования входит в комнаты нижнего этажа (фактически это столовая - гостиная), на выходе скорость воздуха должна быть очень низкой. Если бы воздух, перемещался со скоростью скажем 5-футов в секунду, то он бы бил людей находящихся там, и они ощущая движение воздуха чувствовали бы себя не комфортно. Но если поток воздуха движется со скоростью только 1/2 ft./sec., то они не замечают его и не испытывают дискомфорта. Соответственно, проектировщик запланировал (в пределах потолка первого этажа) две параллельных канала, на расстоянии в 3 фута (90см) друг от друга, по центру которых установлены регулируемые решетки длинной 14 дюймов (35см) на 10 (25см) шириной с прорезями на их нижней стороне. При помощи полного открытия решеток можно увеличить поток воздуха, по этому они отрегулированы на поток приблизительно 0.1 к 1.5 фута/секунду., это зависит от скорости вентилятора. В месте нахождения ног и дальше в низ от потолка, скорость намного ниже: настолько ниже, что люди находящиеся рядом не ощущают ни какого движения воздуха .
Oakim
 
Сообщения: 36
Зарегистрирован: Вт, 27 мар 2012 12:37

След.

Вернуться в Копилка знаний

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron