Наличие контейнера для хранения тепла (аккумулятора солнечной энергии) играет исключительно важную роль в системе, использующей солнечную энергию для отопления. Здание, представляя собой солнечный коллектор, нуждается в средствах аккумулирования тепла для того, чтобы предупредить возможный перегрев помещений при солнечной погоде и сохранить определенное количество тепла для дальнейшего использования в период отсутствия солнца.
Пожалуй, наиболее эффективными аккумулирующими контейнерами являются составляющие здание стены, перекрытия, крыши и перегородки. Как известно, все материалы, поглощая тепло, хранят его по мере нагрева. Если окружающая температура понижается, то накопленное тепло поступает в окружающую среду, а сами материалы охлаждаются.
Для здания это явление имеет особое значение. Тепловая энергия солнечного излучения постоянно в течение дня проникает через стены, крышу и окна здания. Коротковолновое излучение поглощается стенами, перекрытиями и находящимися в помещении предметами после того, как это излучение проникло через стекла. Встречаясь с какой-либо преградой, поступающее излучение превращается в теплоту, большая часть которой поглощается. Если предметы и материалы внутри здания вследствие этого воздействия нагреваются выше окружающей температуры, то они в свою очередь начинают выделять тепло, передавая его более холодным предметам и материалам в здании. Воздух в помещении является одним из "материалов", который наиболее быстро нагревается и помогает передавать избыточное солнечное тепло остальным материалам.
Поступление солнечного тепла через окна:
1 - тепло от солнца, 1000 кДж; 2 - двойное остекление; 3 - потери наружу, 500 кДж; 4 - поступило 800 кДж; 5 - зачерненный бетон или кирпич; 6 - песок, грунт или бетон; 7 - жесткая конструкционная изоляция; 8 - гидроизоляционный слой; 9 - земля
Однако, если материалы здания уже прогрелись до температуры воздуха или не могут с прежней интенсивностью поглощать тепло, то воздух, продолжая нагреваться, в конечном счете, перегревается, создавая дискомфорт для находящихся в помещении людей. Температура материалов в здании в свою очередь продолжает повышаться, т. е. происходит дальнейшее накопление теплоты. Чем больше теплоаккумулирующая способность предметов и материалов в здании, тем больше потребуется времени для нагрева воздуха до дискомфортного уровня.
После захода солнца в условиях холодной погоды здание может начать быстро терять тепло. Но даже если здание теряет очень мало тепла, то все равно это тепло должно возмещаться для поддержания комфортной температуры. Для зданий, которые не аккумулируют солнечное тепло в течение дня, это возмещение тепла для обогрева должно обеспечиваться другими средствами, например дровяными или иными печами, калориферными обогревателями, за счет выделения тепла освещением, машинами и людьми. Однако если здание содержит достаточное количество способного аккумулировать тепло материала и если солнечные лучи могут проникать внутрь здания и нагревать его в течение дня, то такое здание будет отапливаться солнцем даже после его захода. Нагретые материалы будут терять свое накопленное тепло и передавать его внутреннему воздуху по мере его охлаждения. В зависимости от количества солнечного тепла, поступающего в здание, и накопленного материалами уровня теплопотерь здания, зависящих от ряда таких факторов, как количество изоляции, требуемый уровень температуры в помещении, температура наружного воздуха, в здании могут сохраняться комфортные условня многие часы, а возможно даже и дни без затрат дополнительного тепла от других источников.
Влияние уменьшения температуры наружного воздуха на изменение температуры воздуха внутри зданий разных типов при отсутствии дополнительных источников тепловой энергии:
1 - воздух внутри массивного здания, заглубленного и частично покрытого грунтом; 2 - воздух внутри массивного здания с наружной изоляцией; 3 - воздух легкого здания с деревянным каркасом; 4 - наружный воздух.
Следует отметить, что для легкого здания, например имеющего деревянный каркас, характерно сравнительно быстрое изменение температуры воздуха внутри помещения, даже если это здание хорошо изолировано. Тяжелое, массивное сооружение, построенное из бетона, кирпича или камня и имеющее хорошую теплоизоляцию, поддерживает свою температуру в течение более длительного периода времени. Для уменьшения тепловых потерь изоляция в таком здании должна быть с внешней стороны, аккумулирующей тепловую энергию массивной стены, т. е. находиться между стеной и наружным воздухом. Массивные материалы, которые могут аккумулировать большое количество тепла, являются плохими изоляторами, и чтобы воспользоваться их теплоаккумулирующей способностью, они должны быть расположены в пределах теплового барьера (изоляции), который отделяет внутреннюю часть здания от внешней среды.
Весьма незначительно изменяется температура внутреннего воздуха в здании, которое обладает не только большой теплоаккумулирующей способностью, но также пристроено к склону холма или покрыто землей. Жесткая плитная теплоизоляция, например, из полистирола или уретана, помещается между бетонными или каменными стенами и слоем земли. Одна или более стен могут быть открыты для внешних воздействий, однако температура опускается очень медленно и устанавливается на уровне, близком к температуре земли.
Летом вступают в силу противоположные условия. Если здание затенено так, что внутрь здания проникает немного солнечной энергии, то поступление тепла будет определяться главным образом теплопередачей через стены, крышу и окна, т. е. будет иметь место процесс, обратный процессу тепловых потерь. Ночью, когда наружный воздух прохладнее, чем днем, поступление этого воздуха в здание либо за счет естественной циркуляции через проемы, например вентиляционные отверстия или окна, либо принудительно при помощи вентиляторов будет охлаждать воздух, а, следовательно, и все материалы и предметы и здании. А так как в начале теплого дня они будут холодными, то до того, как нагреются, они в состоянии поглощать и хранить больше тепла, охлаждая воздух в помещении. Таким образом, если эти предметы охлаждены утром, то потребуется определенное время, прежде чем они нагреются до такой степени, что будет необходимо осуществлять кондиционирование воздуха.
Влияние повышения температуры наружного воздуха на температуру воздуха внутри зданий разных типов при отсутствии дополнительного источника энергии для охлаждения помещений:
1 - наружный воздух; 2 - воздух внутри легкого здания с деревянным каркасом; 3 - воздух внутри массивного здания с наружной изоляцией; 4 - воздух внутри массивного здания, заглубленного и частично покрытого грунтом.
При резком повышении температуры наружного воздуха легкое здание быстро реагирует на изменение наружной температуры, и, несмотря на хорошую изоляцию, его внутренняя температура сравнительно быстро повышается. С другой стороны, массивные здания за счет более высокой аккумулирующей способности реагируют на повышение температуры в меньшей степени. Здание, пристроенное к земляному откосу или покрытое слоем земли, еще меньше реагирует на температурные изменения наружного воздуха, а при правильном проектировании никогда не будет слишком нагреваться. В случае если какие-либо дополнительные источники тепла, вроде печей и каминов, не используются, температура воздуха в легких зданиях меняется в широких пределах, а в зданиях, изолированных землей, остается почти постоянной.
Источник: http://www.svasti.ru/princip_raboty_teploakkumulyatora