|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В.Хаврусь, І.Шелевицький: Забуте право на Сонце, або тепло в Твоїй оселі додано: 11-01-2008 // // URL: http://maidan.org.ua/static/mai/1200006903.html
Для Майдану • Україна • Довкілля • Гасло Майдану «Вільна людина в вільній країні» можливе лише тоді, коли кожен бажаючий громадянин буде незалежним від монопольно контрольованих природних ресурсів [1]. Крім їжі, одним з таких життєво необхідних ресурсів є тепло для обігріву приміщень, електроенергія для роботи побутових приладів та паливо для роботи транспорту. Всі вони нині продукуються переважно з викопних ресурсів, а загальна вартість цієї статті витрат може складати близько 50% витрат найбідніших верств населення України. Ситуацію погіршує те, що людство насьогодні дійшло до тієї межі, коли більша частина деяких природних ресурсів спожита [2], а викликані людиною екологічні проблеми у вигляді забруднення навколишнього середовища, парникового ефекту, підйому рівня світового океану, тощо матимуть наслідком масові переселення людей, війни за території та ресурси, тощо. У випадку подібних екстремальних явищ вони в першу черг торкнуться України, як однієї з слаборозвинених країн, і тому навряд чи актуальними будуть дотримання шляхетного гасла Майдану та пошук умов для створення вільної України та Людини в ній. Враховуючи значну інерційність природних систем, може виявитися, що навіть за умови припинення будь-якої господарчої діяльності людства викликані ним зміни в навколишньому середовищі виявляться незворотними та приведуть до катастрофічних глобальних змін клімату. Нажаль, щодо майбутніх перспектив планети нині ніхто не може дати певної відповіді, тому будемо сподіватися, що точка неповернення ще не пройдена. Частина 1. Теоретичні дані та розрахунки 1.1 Модель, яка використовується в роботіНехай об’єкт, для якого будуть вестися розрахунки, нерухомо знаходиться в т.А земної поверхні на географічній широті φ. До т.А прив’язуємо нерухому систему координат, вісь АХ якої направляємо на географічний захід, AY – на географічний південь, AZ – вгору перпендикулярно до площини горизонту (див. Рис.1). Таким чином, об’єкт А знаходиться в точці з координатами (0,0,0). Нехай рух Сонця довкола об’єкта А відбувається по небесній сфері з радіусом 1, сфера описується за допомогою простого рівняння x2+y2+z2=1. Роз’яснення інших означень наведені на Рис.1. Рис.1 Небесна сфера, яка використовується в роботі (див. також задачу №8 в [13]). В точці А земної поверхні розташований об’єкт, для якого ведеться аналіз; площина SWDNFO – площина горизонту; точки S, W, N, O – відповідно точки географічного півдня, заходу, півночі та сходу; Р – полярна зірка; вісь Р'AP – вісь добового обертання небесної сфери, вісь нахилена під кутом φ (географічна широта місцевості) до площини горизонту; площина WKOE – площина небесного екватора, яка проходить через об’єкт спостереження А та перпендикулярна осі РAP. Як наслідок, небесна сфера нахилена до площини горизонту під кутом (90o-φ); В рамках моделі, яка розглядається, шлях Сонця по небесній сфері протягом будь-якого дня року відбувається в площині, яка паралельна площині небесного екватора. Кут сходження θ - кут між площиною небесного екватору та напрямком на сонце в найвищій точці підйому по небесній сфері протягом певного дня. θ=0 для днів сонячного рівнодення, θ>0 для літньої пори року - проміжок часу між днями весняного та осіннього рівнодення, в іншому випадку θ<0. Максимальні та мінімальні значення θ дорівнюють відповідно +α та –α, де α=23o27' визначається як кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до площини обертання Землі довкола Сонця. Ненульове значення α визначає наявність пір року на планеті, а також має фундаментальне значення для розрахунків енергоефективних споруд. т. F та D – відповідно точки сходу та заходу Сонця зі сходженням θ>0 для літньої пори року. Сонце в наведеному прикладі здійснює денну подорож по дузі FCD на поверхні небесної сфери, залишок дуги на небесній сфері відповідає нічній подорожі сонця. Розташування осей координат для математичного опису руху сонця по небесній сфері: центр координат розташований в т.А, вісь АХ спрямована на географічний захід, вісь АY – на географічний південь, вісь AZ спрямована перпендикулярно вгору до площини горизонту. Для математичного опису руху Сонця по небесній сфері використовуємо наступні спрощення: 1. Ми будемо використовувати поняття «літо» як проміжок часу між весняним (20-21 березня в залежності від року) та осіннім рівноденням, інший період відповідає поняттю «зима». Внаслідок нерівномірності обертання Землі по еліптичній орбіті довкола Сонця фактичне осіннє рівнодення (22-23 вересня, див. http://uk.wikipedia.org/wiki/Рівнодення) на кілька днів відрізняється від осіннього рівнодення, яке дає запропонована нижче модель (Т=182-183 або 18-19 вересня). 2. Сонце по небесній сфері протягом будь-якого дня рухається рівномірно в площині, паралельній небесному екватору. Сама площина кожного дня змінює своє положення відповідно до кута сходження θ між площиною небесного екватору та напрямком на сонце в найвищій точці підйому по небесній сфері протягом конкретного дня. Вважаємо, що протягом одного дня θ не змінюється і є постійним. Значення θ протягом року змінюється по синусоїді [13]: θ = α*sin(2πT/365.25)(1), де α=23o27' – кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до площини обертання Землі довкола Сонця; T – кількість днів (ціле число), які минули від весняного рівнодення (20 березня), 365.25 – тривалість року. θ може бути більше 0 (літо) або менше 0 (зима).Значення θ змінюється лише на початку нової доби з порядковим номером Т, протягом неї θ є незмінним. 3. Сонце зі сходженням θ рівномірно рухається по колу з центром в т.М (див. Рис.1). Взимку це коло завжди розташоване нижче небесного екватора, а влітку – вище. Для подальших розрахунків розбиваємо коло на 1440 рівних сегментів відповідно до кількості хвилин в добі. Тоді координата х Сонця протягом доби змінюється відповідно до наступного закону: x = -cosθ*sin(2πt/1440) (2) де t – кількість хвилин, які минули від півночі, 0<=t<=1440.4. Координати y та z в рамках описуваної моделі змінюються по наступним залежностям: y = -cosφ*sinθ-sinφ*sqrt(cos2θ-x2) для t, яке належить [0…360]&[1080…1440], 1.2 Наслідки, які випливають з аналізу моделі 1.2.1Тривалість дня протягом року: Тдня = 24*(1-(arccos(tgθ*tgφ))/π) (5). Розрахунки по наведеній залежності вказують на те, що одержувані значення тривалості дня є трохи меншими (10-15 хвилин) реальних значень за рахунок ненульового кутового розміру Сонця та явища рефракції.1.2.2 Кут відхилення на північ точки сходу/заходу сонця відносно лінії схід-захід: Серед широкого кола людей побутує думка, що Сонце завжди сходить на географічному сході, а заходить на географічному заході. Насправді, це груба помилка. Влітку, коли Сонце завжди знаходиться вище небесного екватору, воно сходить та заходить північніше географічного сходу або заходу, що можна легко побачити з аналізу Рис.1, де Сонце зійде в т.F, a зайде в т.D. Взимку ситуація є симетрично протилежною, Сонце завжди сходить та заходить південніше лінії схід-захід OW (див. Рис.1). Точно на географічному сході/заході сонце з’являється лише в дні весняного та осіннього рівнодення. Азимут відхилення точки сходу/заходу Сонця від лінії «географічний схід-захід» OW (див. Рис.1) визначається сходженням Сонця θ та широтою місцевості φ: β = arcsin(sinθ/cosφ) (6). В день зимового сонцестояння (Т=273) значення θ=-α=-23o27' відповідно до (1), тому мінімальне значення кута β дорівнює -33.6 та -40.3o для широт відповідно 44 (найпівденніша точка України) та 52o (найпівнічніша точка України). Очевидно, що в день зимового сонцестояння проходження сонця по небесній сфері визначається сектором O–AW–, наведеним на Рис.2, що має використовуватися для планування будинків з пасивним сонячним обігрівом. В будь-який інший день з порядковим номером Т відносно дня весняного рівнодення положення точки сходу та заходу Сонця можна порахувати за допомогою рівнянь (1) та (6).Рис.2 Точки сходу (O–) та заходу (W–) Сонця на площині горизонту взимку. Позначення та роз’яснення щодо інших точок такі ж, як на Рис.1. Кут β визначається відповідно до рівнянь (1) та (6). Червона лінія визначає сектор появи Сонця в день зимового сонцестояння, в інші дні року розмір сектору розширюється. 1.2.3 Висота Сонця опівдні (y=0, t=720 хв.) Як показує аналіз даних, наведених на Рис.1, Сонце в найвищій точці підйому над горизонтом світить під кутом (90o-φ+θ) до горизонтальної поверхні землі, де θ визначається відповідно до (1). Ця подія має місце опівдні при t=720 хв. Тому в момент зимового сонцестояння при θ=-α=-23o27' довжина тіні опівдні, яку відкидає об’єкт висотою h, дорівнює h*tg(φ+α). Наприклад, для широт України 44 та 52о висота тіні від об’єкту висотою h=1 м дорівнює відповідно 2.41 та 3.85 м. Тому при плануванні розташування об’єктів сонячної енергетики варто враховувати те, що для північніших регіонів розташування груп об’єктів для споживання сонячної енергії має бути на довших відстанях один від одного, ніж для більш південних. Детальніше про це мова піде нижче. 1.3 «Сонячний куб» За допомогою рівнянь (1)-(5) можна легко прослідкувати траєкторію Сонця на небесній сфері протягом будь-якого дня року. З іншого боку, знаючи положення Сонця в будь-який момент часу, можна легко знайти значення потоку сонячного тепла, яке припадає на будь-яку поверхню. Для цього нами була використана формула для визначення потоку через довільно орієнтовану площину: F=Fмах*sinω (7), де ω - кут між площиною та напрямком розповсюдження сонячних променів, а Fмах=1366 Вт – кількість сонячного тепла, яка припадає поза атмосферою планети на кожен 1 м2 поверхні, перпендикулярно орієнтованої до напрямку променів Сонця. Реальне значення на поверхні планети залежить від шляху, пройденого сонячними променями в атмосфері та кута нахилу поверхні, де відбувається поглинання енергії, до напрямку до Сонця, однак у всіх наших розрахунках ми використовували ідеальне значення Fмах=1366 Вт. З аналізу (7) випливає, що при зменшенні кута ω від 90o до 0o потік зменшуватиметься від максимального значення Fмах до нуля.Для того, аби проаналізувати денні кількості тепла, які при відсутності втрат припадають в різні пори року на найбільш поширені в побуті поверхні, нами введене поняття «сонячного куба», який описаний на Рис.3. Рис.3 «Сонячний куб» - куб з розміром ребра 1 м, розташований на горизонтальній поверхні Землі. Одна з граней куба (позначена червоним) орієнтована точно на південь, інші бокові грані відповідно орієнтовані на захід (помаранчевий колір), північ та схід. Верхня грань (зелений колір) розташована горизонтально. Розмір куба безкінечно малий порівняно з відстанню від куба до Сонця. Посередині нижньої грані куба розташований початок координат моделі, яка описується рівняннями (1)-(4) та Рис.1. Значення денних потоків тепла, які припадають на кожну з 5 освітлюваних Сонцем граней «сонячного куба», розраховували шляхом інтегрування з використанням рівнянь (1)-(4). В силу симетрії та описаних вище особливостей запропонованої нами моделі денні потоки тепла, які припадають на східну та західну грані, є однаковими протягом будь-якого дня року. Для того, аби читачі могли оцінити одержані нами значення в «електричному еквіваленті», результати відображені кВт-год/м2. Результати розрахунків з поясненнями наведені на Рис.4. Рис.4 Ліва колонка: внесок кожної з граней в денну кількість сонячного тепла (кВт-год), яка в ідеалі може припадати на «сонячний куб» з розміром ребра 1 м для широт 44, 48 та 52о. Внесок відповідної грані для конкретної дати пропорційний висоті смуги певного кольору. На верхньому лівому рисунку як приклад для 19 червня наведені абсолютні значення тепла, які припадають на західну грань (~6.8 кВт-год/(день*м2)) та горизонтальну грань (~12 кВт-год/(день*м2)). Внесок північної грані в енергетику «сонячного куба» дорівнює нулю в будь-який день між осіннім та весняним рівноденням. В силу симетрії моделі внесок східної та західної граней є однаковим в будь-яку пору року. Верхній контур кожного рисунку визначає загальну денну кількість тепла, яку в ідеалі може споживати «сонячний куб» в залежності від пори року та широти місцевості. Права колонка: Абсолютні значення денних кількостей сонячного тепла, які в ідеалі можуть припадати на «сонячний куб» з розміром ребра 1 м для широт 44, 48 та 52о. Верхній рисунок відображає данні для південної грані, середній – горизонтальної, а нижній для східної або західної граней. Дані для північної грані не відображені внаслідок незначної кількості тепла, яка припадає на неї (максимально можливе значення в день літнього сонцестояння не перевищує 3 кВт-год/(день*м2) для будь-якої широти України, взимку це значення завжди дорівнює нулю). Як показує аналіз наведених відносних та абсолютних даних, найменший внесок в енергетику «сонячного куба» дає північна грань, через яку влітку надходить не більше 3 кВт-год/(день*м2) тепла, а взимку відповідне значення завжди дорівнює нулю через те, що Сонце завжди знаходиться південніше лінії схід-захід. Особливо слід зауважити, що лише з південної грані «сонячного куба» можна споживати в найхолодніший період року найбільші кількості тепла, причому денні значення слабко залежать від часу та широти України і коливаються поблизу 9 кВт-год/(день*м2). Аби Ви могли оцінити це значення, зазначимо, що за відсутності втрат воно еквівалентно спалюванню 2.3 кг сухої деревини або 1.1 кг антрациту. 9 кВт-год або ~7.7 Mкал достатньо для нагрівання на 50о близько 150 кг води, яку можна використовувати для акумуляції надлишкового тепла в денний час. При входженні в літній період в день весняного рівнодення кількість сонячного тепла, яке припадає на південну вертикальну поверхню, починає різко падати як за рахунок зменшення кута між сонячними променями та поверхнею, так і скорочення часу її освітлення. Тривалість освітлення з півдня південної грані «сонячного куба» визначається як: Літо: Т = 24*(arccos(tgθ/tgφ))/π, Рис.5 Залежність тривалості дня (порожні кола) та тривалості освітлення з півдня південної грані «сонячного куба» (зафарбовані квадрати) для різних широт України (44о – чорний колір, 48о – червоний колір, 52о – зелений колір,) від пори року. Відлік (дні) ведеться від дня весняного рівнодення (орієнтовно 20-21 березня). Частина 2. Практичні наслідки для застосування Рис.6 Креслення (частково відреставроване) плану сільської хати 19 століття з піддашком. На вигляді спереду посередині розташоване фальш-вікно. Креслення надане краєзнавцем Ф.М.Плотніром, який мешкає в сел. Нова Прага Олександрійського району Кіровоградської обл. [15] Скоріш за все, наведена хата з піддашком була збудована на 2 сім’ї та орієнтована довгою стороною по лінії схід-захід, аби забезпечити максимальне надходження тепла через південні вікна. Крім того, план свідчить, що при такій орієнтації вінка з півночі були повністю відсутні. Сам піддашок був виконаний не у вигляді виносу даху, а у вигляді добудови, яка має бокові двері, що додатково захищають південну стіну від видування тепла вітрами зі сходу та заходу. Логічно припустити, що цій хаті були «теплі» та «холодні» внутрішні приміщення. «Холодні» приміщення розташовувалися з північного боку та могли використовуватися влітку, а от «теплі» приміщення – переважно взимку завдяки додатковому притоку сонячного тепла через південні вікна. Крім того, «холодні» приміщення могли відігравати роль теплового ізолятора від втрат тепла з «теплих» кімнат в навколишнє середовище при відповідному розташуванні печі та ізоляції переходу між кімнатами. Аналіз «сонячного куба» та наведених прикладів вказує на перспективність використання піддашків з південного боку будинків для збереження тепла взимку та зменшення кількості сонячного тепла, яке надходить в приміщення влітку. Однак, при плануванні такого будівництва треба зважати на правильне співвідношення між шириною піддашку та відстанню від нього до верхнього краю вікна, аби піддашок виконував покладену на нього функцію. На Рис.7 наведено положення Сонця опівдні для різних пір року. Оскільки доступ Сонця в приміщення через південні вікна потрібен саме взимку (нагадаємо, що в даній статті це період між ~20 вересня та ~20 березня), то вікно має бути гарантовано освітленим при будь-якому положенні Сонця протягом будь-якого дня в цей період. Це можливо, якщо тінь від піддашку в дні весняного/осіннього рівнодення сягає лише верхнього краю вікна, в той час як влітку настає затінення більшої частини вікна принаймні опівдні. Таким чином, оптимальний кут між напрямком до Сонця в дні весяного/осіннього рівнодення та південною стіною складає φ (φ - широта місцевості). Тож, якщо Ви плануєте, що відстань по вертикалі від верхнього краю вікна до піддашку у Вашій хаті складатиме 1 м, то для широт України 44 та 52о ширина піддашку відповідно має бути 96.5 см та 1м 28 см (див. формулу в поясненні до Рис. 7). Якщо піддашок буде коротшим зазначеної величини, то повітря всередині будинку перегріватиметься влітку через вікно сонячними променями, а якщо довшим – то сонячні промені частково не надходитимуть до приміщення взимку. Рис.7Розрахунок ширини піддашку для максимального доступу сонячних променів до приміщень через південні вікна в зимовий період. На думку авторів, оптимальне співвідношення визначається положенням Сонця в день рівнодення, причому ширина піддашку (L) та відстань від верхнього краю вікна до піддашку (Н) співвідноситься як L=H*tgφ (φ - широта місцевості, α=23o27' – кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до площини обертання Землі довкола Сонця – див. опис моделі, яка використовується в роботі). Таким чином, на основі викладеного вище можемо навести ряд рекомендацій для будівництва одноповерхового приватного будинку з пасивним сонячним обігрівом, якщо Ви плануєте будувати його у відповідності до принципу: «тепло взимку – прохолодно влітку»: 2.1.1. Вибір місця для будівництва Найоптимальніше, аби Ви мали повністю чисту від інших забудов чи високих дерев ділянку. В такому випадку Ваш майбутній будинок треба розташовувати поблизу північної межі, аби майбутня забудова та затінення вікон Вашої будівлі не залежали від волі сусідів. Пам’ятайте українську поговірку: «Куди рідко заглядає сонце, туди часто заходить лікар» [15]. Для того, аби сонце було Вашим частим гостем, радимо скористатися розрахунками, наведеними в розділі 1.2.2 для дня зимового сонцестояння, коли тіні є найдовшими порівняно з будь-яким іншим періодом року. В цей день Сонце піднімається над горизонтом опівдні під кутом (90o-φ-α). Тож довжина тіні опівдні (цей час, як Ви маєте здогадатися, майже ніколи не дорівнює дванадцятій годині за Київським часом, а знаходиться орієнтовно посередині між моментами сходу та заходу Сонця у Вашій місцевості) від об’єкта з висотою 1 м складає величини (див. розділ 1.1.3) 2.41 та 3.85 м для широт України відповідно 44 та 52о. Тому в першому наближенні обрати місце Вашого будинку треба таким чином, аби в секторі появи Сонця в день зимового сонцестояння (див. рис. 2) будь-які об’єкти переважно знаходилися від південної стіни будинку на відстані більшій, ніж їх потрійна висота. В крайньому випадку, якщо перед Вашим порогом має рости деревина, то бажано, аби її крона знаходилася вище верхнього рівня південної стіни будинку. Ще краще, якщо дерева ростимуть з північного боку будинку, своєю масою частково оберігаючи його від холодних вітрів з півночі. 2.1.2. Розташування будинку та його внутрішнє планування Головний момент, про який ми наголошували раніше: будинок має розташовуватися довгою стороною по лінії схід-захід, в ньому має бути реалізована ідея «холодних» та «теплих» кімнат, та відповідно розрахований піддашок з південного боку (див. Рис.6, 7). Вхід до будинку має бути з південного боку будинку, як і більшість його вікон. Всередині «теплих» приміщень треба передбачити наявність т.зв. теплової маси: стіна та долівка в місцях доступу сонячних променів має бути виготовлена з матеріалів з високою теплоємністю (напр. бетон, камінь, цегла, вода). Теплова маса відіграватиме ту ж саму функцію, що й звичайні батареї опалення: накопичення сонячної енергії для її подальшого використання [10]. 2.1.3. Додатковий обігрів за допомогою пристроїв відновлюваної енергетики Ми не будемо детально зупинятися на цьому питанні, оскільки можливі варіанти з використанням стіни Тромба-Мішеля та вітрової енергетики були описані в одній з попередніх публікацій [14] та широко висвітлені в літературі [6, 15-19]. Наведені в даній роботі формули дозволяють обрати оптимальне розташування сонячних пристроїв відповідно до Ваших потреб. Додатково лише хочемо озвучити одну ідею, реалізації якої під різними приводами будуть уникати нові виробники та продавці теплових сонячних колекторів, які містять рідкі теплоносії. Чіплятимуть Вас на гачок під соусом «ми пропонуємо Вам незамерзаючий імпортний теплоносій марки «Secha morzha+» по надзвичайно низькій ціні 49.99 у.о./л, який виготовляється з високоякісної натуральної сировини з використанням найновіших запатентованих технологій та наукових розробок». Не ведіться ні в якому разі, з Вас просто видурюватимуть гроші. Насправді, можна дешево і сердито використовувати як теплоносій в теплових колекторах звичайну 40о горілку або самогон, які замерзатимуть при температурах нижче -20 оС. Такий мороз в умовах глобального потепління є нині доволі рідкісним для України явищем, тож за крайньої потреби можна буде цю рідину безпечно для власного здоров’я злити з системи, на відміну, наприклад, від етиленгліколю. Зрозуміло, що пасивний сонячний обігрів Вашого новозбудованого будинку не замінить повністю опалення, але допоможе суттєво заощадити на паливі в умовах, коли його вартість постійно зростає. Однак, крім споживання енергії Сонця треба подбати про те, аби не випустити тепло з власних приміщень. Як правило, найбільше тепла наші будинки втрачають через вікна. Як показує аналіз енергетики «сонячного куба» (див. Рис. 4), через північні вікна очікувати невеликі кількості сонячного тепла можна лише влітку. Натомість взимку будуть лише втрати, тому це було причиною для уникання розташування вікон з північного боку будинків. Як правило, додатково для теплозбереження північні стіни будинків з осені обставляли кукурудзинням, що подекуди нині можна побачити в селах на Черкащині. В нинішню епоху, якщо Ви маєте достатньо коштів, то можна ставити вікна також і з півночі. Для цього треба придбати склопакети з т.зв. «селективним склом», які потроху з’являються на ринку України, але вироблені на жаль не в Україні. Ідея селективного скла зводиться до наступного: будь-який предмет, нагрітий до певної температури, випромінює електромагнітні хвилі. Розподіл випромінення по довжинам хвиль в залежності від температури визначається формулою Планка, в Інтернеті можна легко знайти програму для моделювання такого розподілу. Наприклад, Сонце з ефективною температурою поверхні близько 5500 оС випромінює в видимому діапазоні, а от оточуючі нас предмети з температурою 20-30 оС випромінюють тепло в інфрачервоному діапазоні. Селективне скло влаштоване таким чином, що є майже прозорим для видимого випромінювання, але відбиває назад в приміщення інфрачервоне (теплове), чим допомагає зберегти тепло всередині приміщення. Для цього звичайне скло покривають тонкими плівками металів або їх окисів, наприклад, двоокисом олова (див. c.29 в [16]). Використання селективного скла є доволі перспективним напрямком для застосування в енергоефективних будинках, а його випуск міг би був за бажання легко впровадженим вітчизняними приватними фірмами, не звертаючись за допомогою до закордонних виробників. Інший варіант – виготовлення вікон на основі склопакетів з потрійним шаром звичайного скла. 2.2 Будівництво нового багатоповерхового будинку На будівництво нових багатоквартирних будинків в Україні ми навряд чи зможемо вплинути нашою статтею, але спробуємо помріяти. В принципі немає великої різниці порівняно з приватним одноповерховим будинком, треба уникати затінення від навколишніх будівель та відповідним чином організовувати зовнішню архітектуру будинку. Так, один з авторів цієї статті під час її написання жив в Дрездені в недавно збудованому шестиповерховому будинку, який разом з сусідніми такими ж будинками був орієнтований довгою стороною по лінії схід-захід. Особливість цього мікрорайону полягала в тому, що з північного боку будинки не мали жодного балкону, хоч звідти й відкривався й мальовничий вид на старовинний Дрезден, а всі балкони були розташовані з південного боку. Очевидно, що наявність балконів з північного боку викликає додаткові втрати тепла. А от з південного боку балкон діє як певний піддашок до розташованого нижче поверху, затінюючи влітку вікна та приміщення від сонячних променів. Про піддашки в сучасному виконанні також писалося в репортажі кількамісячної давності зі Страсбурга [20]. Тут додатково слід наголосити на наступному. В колишній Німецькій Демократичній Республіці, як і в СРСР будинки часто зводилися без дотримання норм енергозбереження. Нині всі ці будинки в Дрездені поступово покриваються захисними теплозберігаючими щитами, які навіть при невдалому розташуванні щодо Сонця дозволяють зберегти тепло в приміщеннях. Очевидно, що Україну чекає той же шлях. Крім того, при плануванні нових мікрорайонів з однотипними будинками варто враховувати визначений на Рис.2 та описаний в підрозділі 2.1.1 «сектор незатінення». В такому випадку будинки будуть розташовані в шаховому порядку подібно до того, як наведено на Рис.8. Зауважимо, що при зростанні широти розміри «сектору незатінення» зростатимуть, тому для дотримання «права на сонце» відстані між будинками треба буде збільшувати відповідно до наведених вище розрахунків. Рис.8 Орієнтовне розташування cepiї енергоефективних будинків відносно сторін світу на основі даних Рис.2 для найповнішого споживання сонячного тепла в зимовий час. Зелені кола відповідають деревам, які захищають від вітрів з півночі. Оптимальне співвідношення між розміром будинків та їх розташуванням складає задачу окремого дослідження. 2.3 Поради для купівлі готового (вже збудованого) житла в приватному або в багатоквартирному будинках На сьогоднішній день на ринку України нема диференціації в цінах для будинків чи квартир, які враховують чи не враховують «право на сонце». Тому якщо Ви плануєте купувати собі готове житло, то при виборі маєте скористатися наведеними тут підказками, суттєво заощадивши в майбутньому на опаленні Вашого житла. Для тих, хто купує квартиру, можемо запропонувати купувати квартири не на нижніх поверхах, які як правило через «ущільнюючу забудову» потрапляють в «сектор тіні». Конкретний мінімальний поверх треба визначати з врахуванням довколишніх будівель. 2.4. Теплиці для сільського господарства, весняні квіткові клумби Як вже повідомлялося раніше [20], Європа майже цілий рік потопає в квітах. Якщо для літньої пори це не є зовсім дивиною, то ранньої весни це твердження для нас є незвичним. Німці доволі часто на добре освітлених галявинах насипають невеликі (до 1 м висотою) пагорби, на південних схилах яких ще в лютому висаджують стійкі до невеликих заморозків квіти. Очевидно, що опівдні кут між поверхнею такого пагорба та сонячними променями сягатиме 90o, пагорб дуже добре прогріватиметься, а земля акумулюватиме тепло на ніч, хоча з північного боку може ще лежати сніг. Інший варіант застосування сонячного тепла взимку – це теплиці. Вони по своїй природі мають бути налаштованими на максимальне споживання енергії Сонця. Однак, традиційно випадків вони суцільно виконані зі скла, мають великі тепловтрати через скло та не враховують головних напрямків надходження сонячного тепла. Як наслідок, взимку через дорожнечу палива теплиці в Україні не працюють, а незаможні громадяни споживають овочі лише в літній сезон. На основі аналізу енергетики «сонячного куба» та сектору появи Сонця в день зимового рівнодення ми пропонуємо всім зацікавленим спробувати будувати теплиці, ідея яких викладена на Рис. 9. Кількість тепла, яка надходитиме в сонячний день до цих приміщень, можна оцінити на основі Рис. 4 з врахуванням площі південної стіни, виготовленої зі скла. Додатковою перевагою наведеної теплиці є економія будівельних матеріалів. Рис.9 Приміщення (теплиця, робоче приміщення для денних робіт взимку) з пасивним сонячним обігрівом. Для оптимального споживання тепла взимку дах приміщення має бути розташований до горизонтальної поверхні під кутом (90o-φ). Південна стіна приміщення повністю виготовлена зі скла (1). Бокові стіни приміщення орієнтовані до лінії схід-захід під кутом β (див. Рис.2 та формулу (6)), який визначає точку сходу/заходу Сонця в день зимового сонцестояння. Вибране розташування стін на думку авторів забезпечує максимальне споживання сонячного тепла в найхолодніший час року. Глибина приміщення має визначатися експериментальним чином з врахуванням теплових втрат з метою уникнення перегріву повітря всередині в зимові сонячні дні. Північна та бокові стіни приміщення містять теплову масу (2) для акумуляції тепла, обернена всередину приміщення поверхня має бути пофарбованою в чорний колір для уникнення відбивання сонячних променів та збереження сонячного тепла всередині приміщення. Всі стіни та дах приміщення теплоізольовані з зовнішнього боку (3). Якщо ж теплиця Вам не потрібна, на приватному подвір’ї чи виробництві можна збудувати аналогічну споруду для робіт в сонячні дні. Навіть якщо на вулиці буде мороз, то близько полудня та після нього всередині буде якщо не літо, то суттєво тепліше, ніж ззовні! Можливо, відповідно до наведеної ідеї нас чекає в майбутньому зміна архітектури й житлових будинків. Якщо Вас зацікавили наведені тут ідеї, то в додатку до цієї статті наведена Таблиця, якою Ви можете скористатися при плануванні використання «права на сонце» у Вашій місцевості. Вячеслав Хаврусь, канд. хім. наук, ведучий розділу Майдану «Відновлювана енергетика», e-mail: vhavrus(aт)yahoo.com Ігор Шелевицький, докт. техн. наук, професор, e-mail: sheleviv(aт)ya.ru Автори запрошують до дискусії та подальшої співпраці зацікавлених осіб та організації. Перелік посилань: [1] В.Хаврусь Ми не бидло, ми не козли? – Раби! (Ч.1, Ч.2, Ч.3, Ч.4). [2] О.В.Крылов Ограниченность ресурсов как причина предстоящего кризиса // Вестник Российской Академии наук, том 70, № 2, 2000 г., с. 136-146. Адреса в Інтернеті - http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/ALERT.HTM [3] І.Шелевицький Атомна енергетика і чорна металургія – що з того українцям? [4] Герман Шеер “Восход Солнца в мировой экономике. Стратегия экологической модернизации”, перевод с немецкого. - М., 2002. (Библиотека журнала "Экология и жизнь"). [5] Новини Майдан-ІНФОРМу: “An Inconvenient Truth” – фільм, який має побачити кожен. [6] П.Р.Сабади “Солнечный дом”, пер. с англ. Н.Б.Гладковой, Москва, Стройиздат, 1981, 114 с. (книга доступна для завантаження з Інтернет). [7] Л.М.Маленко Запорозькі традиції південноукраїнського козацтва останньої чверті ХVIII–ХІХ століття. [8] Полтавська область. Адміністративно-територіальний поділ. Харків "Прапор". - 1978. 230 с. [9] Р.Сирінський Cередній клас як тема сучасної української політичної думки [10] Дистанційний Інтернет-курс "ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ", підготований міжнародною мережею по збалансованій енергії INFORSE. Автором російської версії є Агентство по відновлюваній енергетиці (Україна). Детальніше - http://www.ecomuseum.kz/dieret/dieret.html [11] В.Ф.Гершкович Новый поворот к Солнцу [12] Энергосберегающие системы жилых зданий. Пособие по проектированию. КиевЗНИИЭП. Центр энергосбережения. Киев – 2006. [13] П.В.Маковецкий Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов. 3 изд. – М.: «Наука», 1976; 4 изд. – М.: «Наука», 1979; 5 изд. – М.: «Наука», 1984. Адреса в Інтернеті - http://n-t.ru/ri/mk/sk.htm [14] В.Хаврусь, А.Трипольський Першочергові заходи для пом’якшення впливу майбутньої енергетичної кризи на громадян України [15] Дані надані Ф.М.Плотніром. Детальніше про краєзнавця див. наприклад наступні повідомлення: http://maidan.org.ua/static/news/1098618569.html та http://www.day.kiev.ua/138592/ [16] Я.И.Шефтер Использование энергии ветра. - М.:Энергоатомиздат, 1983.- 200 с. [17] Под ред. Э.В.Сарнацкого, С.А.Чистовича Системы солнечного тепло- и хладоснабжения.- М.: Стройиздат, 1990.- 324 с. [18] В.Д.Левенберг Энергетические установки без топлива.- Л.: Судостроение, 1987.- 104 с. [19] Н.В.Харченко Индивидуальные солнечные установки.- М.: Энергоатомиздат, 1991.-208 с. [20] М.Карнацька, В.Хаврусь Подорож у казку “Перець в шоколаді” Таблиця Міста України з населенням більше 80 тис. (за даними http://uk.wikipedia.org/wiki/Список_міст_України), їх географічна широта та результати розрахунків відповідно до ідей даної статті
Обговорити цю статтю у форумі додано: 11-01-2008 // URL: http://maidan.org.ua/static/mai/1200006903.html
Увага!!! Сайт "Майдан" надає всім, хто згадується у розділі "Статті", можливість розмістити свій коментар чи спростування, за умови належного підтвердження особи. Будь ласка, пишіть нам на news@maidanua.org і вказуйте гіперлінк (URL) статті, на яку ви посилаєтся. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Українська банерна мережа (Copyleft) maidan.org.ua, 2001-2007
|