При создании комфортного микроклимата внутри здания основную роль играют два фактора: температура наружного воздуха и солнечное излучение. Как ни странно, второй фактор имеет не менее важное значение, чем первый, так как это энергия солнца в конечном итоге ответственна за нагрев воздуха. В этом можно легко убедиться, просто наблюдая за изменениями температуры в течение дня и ночи.
Теплозащита здания подразумевает сокращение теплопередачи вследствие перепада температур между внутренним и наружным воздухом. Изоляционным материалом выступает в подавляющем большинстве случаев сам воздух, а материалы, которые обычно называются изоляционными, служат для образования воздушных полостей.
Теплопроводность воздуха как газообразного вещества очень мала, молекулы газов неохотно делятся энергией между собой. Но при этом они очень подвижны, их нагревание приводит к конвекции, к созданию потоков, которые и переносят тепловую энергию от тёплой поверхности к более холодной.
Пенополистирол, минеральная вата или создание полостей между стёклами — это всё, как, кстати, и одежда, предназначено для устранения переноса тепла воздухом. Увеличение сопротивления теплопередачи в ограждающих конструкциях по праву является на данный момент основным пунктом в программе энергосбережения.
Но насколько универсально это правило? Не всегда и не везде. Например, при этом выносится за скобки теплогенерационная возможность солнечной энергии. А она очень и очень значительна, количество солнечной энергии, попадающей на ограждающие поверхности здания только во время отопительного сезона, может во много раз превосходить его отопительные потребности. Примеры количества солнечной энергии на м² южного фасада приведены в таблице ниже.
Тут возникает логичный вопрос, почему же мы всё ещё, перефразируя Менделеева, сжигаем деньги, чтобы получить тепло в домах? И правда, ведь несмотря на достаточно серьёзные средства, вкладываемые в развитие солнечной энергетики, её доля всё ещё очень незначительна. Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, какие виды использования солнечной энергии с возможностью интеграции в ограждающие конструкции здания предлагаются на данный момент.
В первую очередь, это фотоэлектричество — преобразование солнечной энергии в электрическую. Получаемая энергия универсальна для использования, в том числе и для отопления. К сожалению "выход" солнечной энергии составляет в среднем только 10-15%. Другая проблема заключается в аккумуляции этой энергии для использования её вечером или ночью. Имеющиеся аккумуляторы аналогичны электромобильным: дорогостоящи и сравнительно недолговечны. Другой вид солнечных панелей служит для нагрева воды. Вода как энергоноситель достаточно универсальна и может достаточно недорого аккумулировать тепло, для его отдачи по потребности. Недостатки — достаточно дорогостоящее оборудование и обслуживание, и главное, в летний период в больших системах возникает переизбыток тепла , что приводит к образованию опасных и вредных высоких температур и давлений, и тем самым сокращению срока пользования.
Необходимо также отметить, что применение описанных выше систем на ограждающих конструкциях здания имеет смысл только при их использовании совместно с теплоизоляцией.
Теперь, когда мы рассмотрели возможности сравнительно молодых солнечных технологий, рассмотрим наиболее широко распространённую форму использования солнечной энергии — инсоляцию, пассивное использование солнечного излучения, попадающего внутрь здания сквозь светопрозрачные конструкции, в основном через окна. Энергоэффективность использования солнечной энергии этим способом зависит только от светопрозрачности окна и может достигать 95%. К сожалению, это сопровождается и достаточно серьёзными недостатками.
Так, эффективной теплогенерации при наличии солнца противостоят высокие теплопотери при его отсутствии, улучшение теплоизоляционных свойств остекления автоматически ведёт к снижению эффективности теплогенерации.
Другая проблема — некомфортный переизбыток тепла летом. Наиболее энергоэффективное и экономически обоснованное решение лежит в совмещении в одном элементе ограждающей конструкции возможности пассивного использования солнечной энергии и теплоизоляции. Достичь
этого мы предлагаем путём использования динамической теплозащиты.
Вариант с окном: динамическая теплозащита включается после захода солнца и отключается после восхода в отопительный период, летом функционирует в качестве солнцезащиты.
Вариант со стеной: в отопительный сезон динамическая теплозащита отключается в период времени, когда количество абсорбируемой поверхностью стены солнечной энергии превосходит теплопотери элемента в открытом состоянии. Летом включенная днём динамическая теплозащита выступает в качестве солнцезащиты, ночью в отключенном состоянии она позволяет отводить тепло из стен, т.е. охлаждает.
Светопрозрачное ограждение позволяет концентрировать тепловую энергию солнечного излучения в наружней стене. В образованном между стеклом и стеной зазоре расположена система Инзолатион — сворачиваемая многослойная плёночная конструкция с теплоотражающим покрытием. При её включении происходит разделение одного цельного объёма воздуха на многие паралельные прослойки воздуха, расположенные перпендикулярно потоку тепла. Благодаря минимизации переноса тепла за счёт сокращения конвекции воздуха и теплового излучения, теплопроводность элемента уменьшается в десять раз, а светопрозрачность до нуля.
Управление открытием и закрытием элементов прозводится в автоматическом режиме системой «умного дома», сворачивание и разворачивание происходит с применением стандартной техники рольставень. В качестве светопрозрачного ограждения применяется стекло или поликарбонат. Основой для производства многослойной плёночной конструкции является плёнка с металлизированным покрытием, известная также как спасательное или космическое одеяло.
