Во время проектирования здания также следует учитывать применение активных солнечных систем (см. ниже), таких как солнечные коллекторы и фотоэлектрические батареи. Это оборудование устанавливается на южной стороне здания. Чтобы максимизировать количество тепла в зимнее время, солнечные коллекторы в Европе и Северной Америке должны устанавливаться с углом наклона более 50° от горизонтальной плоскости. Неподвижные фотоэлектрические батареи получают в течение года наибольшее количество солнечной радиации, когда угол наклона относительно уровня горизонта равняется географической широте, на которой расположено здание. Угол наклона крыши здания и его ориентация на юг являются важными аспектами при разработке проекта здания. Солнечные коллекторы для горячего водоснабжения и фотоэлектрические батареи должны быть расположены в непосредственной близости от места потребления энергии. Важно помнить, что близкое расположение ванной комнаты и кухни позволяет сэкономить на установке активных солнечных систем (в этом случае можно использовать один солнечный коллектор на два помещения) и минимизировать потери энергии на транспортировку. Главным критерием при выборе оборудования является его эффективность.

Резюме

Пассивное использование солнечного света обеспечивает примерно 15% потребности обогрева помещений в стандартном здании и является важным источником энергосбережения. При проектировании здания необходимо учитывать принципы пассивного солнечного строительства для максимального использования солнечной энергии. Эти принципы можно применять везде и практически без дополнительных затрат.

Месторасположение

Важно иметь представление об энергетических потоках, существующих вокруг дома. Для этого нужно учитывать существующие в данной местности источники воды, растительность, тип почвы и направление ветра. Надо учитывать и воздействие солнца на данную территорию. При выборе места под строительство пассивного солнечного здания должны быть учтены все вышеперечисленные местные особенности. Будущее здание должно находиться в гармонии с ними и/или дополнять их. Необходимо, чтобы во время отопительного сезона здание находилось под беспрепятственным воздействием солнца с 9:00 до 15:00.

Обогрев

В Северном полушарии важным является соблюдение принципа направленности на юг объектов, которые в первую очередь должны подвергаться воздействию солнечных лучей, таких как оранжереи и помещения, где в течение дня в основном находятся люди. В зимнее время необходимо обеспечить прямой доступ солнечных лучей в здание. В случае, если окна обращены на юг, а не на север, намного увеличивается возможность использования солнечной энергии. Рекомендуется использовать окна с многослойным остеклением.

Тепловая масса

Тепловая масса – каменные кладки, стены, запасы воды и др. – является важным элементом здания, обеспечивающим поглощение окружающего тепла в течение дня и использование его ночью. Изоляция здания минимизирует потерю тепла через окна, стены и крышу.

Естесственный поток тепла

При проектировке дома необходимо помнить о естественных тепловых потоках. Как известно, теплый воздух поднимается вверх, поэтому с помощью преимущественного использования верхних этажей можно сэкономить достаточно тепловой энергии. Для уменьшения воздействия зимнего холода буферные зоны здания, т. е. комнаты, которые не обогреваются или обогреваются частично (бытовые помещения, вестибюли, кладовые) должны быть ориентированы на север. Наличие вестибюля у входных дверей также является энергосберегающим элементом: вестибюли сокращают потерю тепла и обеспечивают буферную зону между внешней и внутренней средой.

Чтобы правильно выбрать остекление, необходимо иметь представление о свете и теплоте. Спектр солнечного света, попадающего на Землю, состоит из волн разной длины. Разные стекла по-разному пропускают, поглощают и отражают волны солнечного излучения. К примеру, уменьшение яркого света (путем отражения или затенения) полезно на рабочем месте. Пропуская дневной свет, можно сэкономить энергию, необходимую для искусственного освещения. Наиболее благоприятными для человека считаются инфракрасные лучи, создающие ощущение комфорта. Определив правильный тип стекла, можно пропускать или отражать инфракрасное излучение.

Есть три варианта прохождения тепла сквозь материал, используемый для остекления.

Первый – теплопроводность: при этом тепло проходит сквозь стекло. Чтобы почувствовать тепло, достаточно прикоснуться к стеклу.

Вторая форма теплопередачи – это излучение: электромагнитные волны передают тепло через стекло. Благодаря этому появляется чувство, что поверхность окна излучает тепло.

Третий способ перемещения тепла – конвекция. Конвекция перемещает тепло благодаря движению воздуха, в данном случае, благодаря воздушным потокам. Естественное движение теплого воздуха к более холодному позволяет повышать или понижать температуру в помещении. Показатель теплового сопротивления материала (R-value), используемого для остекления, определяется степенью его теплопроводности, излучения и конвекции. На общее значение показателя теплового сопротивления окна в целом влияет инфильтрация воздушного потока. Количество тепла, которое проходит, минуя остекление, столь же важно, как и перемещение тепла через окна. Качество изготовления и установки всего окна, включая установку рамы, влияет на степень проникновения воздуха.

Прогресс в технологии производства окон существенно повлиял на эффективность в строительстве в 70-х годах ХХ столетия, и сегодня ему принадлежит важная роль в пассивных солнечных системах. Вот некоторые успехи в технологии производства окон:

• Двойное и тройное остекление (стеклопакеты) с высокой степенью тепловой изоляции.
• Стекло с низким коэффициентом излучения, обладающее покрытием, которое «впускает» тепло, но не «выпускает» его обратно.
• Использование аргона (или другого инертного газа) для заполнения пространства внутри стеклопакета, приводящее к повышению степени тепловой изоляции по сравнению со стеклопакетами, заполненными обычным воздухом.
• Технологии, основанные на использовании фазового перехода, которые позволяют изменять степень прозрачности стекла при помощи электрического напряжения.