энергетически эффективный дом, теплопотери которого сведены к минимуму за счет выбора оптимального объемно-планировочного решения и усиленной теплоизоляции; энергетически эффективный дом с усиленным поглощением солнечной радиации, но без устройств для аккумулирования полученного тепла; дом с минимальными энергопотерями, который имеет специальные системы поглощения, распределения и аккумулирования тепла (солнечный дом). Соответственно рекомендациям HUD и AIA, к первому типу относятся все вновь спроектированные дома, так как этого требует новый экологический подход к проектированию жилой среды. Дома второго типа эффективно функционируют во всех районах США, хотя и требуют некоторого увеличения стоимости строительства. Дома третьего типа целесообразно строить в благоприятных климатических условиях, так как применяемые в них технологические устройства значительно удорожают строительство.

Первым этапом проектирования солнечного дома считается выбор оптимальной формы дома. рек. компактная, близкая к квадрату форма плана с минимальным периметром внешних стен. Показателем компактности служит коэффициент, который равен отношению площади внешних стен к внутреннему объему дома. Для уменьшения поверхности внешних стен могут использоваться цилиндрические, полусферические и другие нетрадиционные формы. Для уменьшения энергопотребления пересматриваются много нормативов проектирования оградительных элементов дома, усиливаются их теплоизолирующие свойства путем применения более совершенных изоляционных материалов, ликвидации инфильтрации и продувка через дверные и оконные проёмы, применение двухкамерних стеклопакетов в холодных районах. Большой эффект дает дифференциация помещений по энергопотребностям и режимам эксплуатации. Слабоотаплеваемые помещения (шкафы, амбары, санузлы, гаражи и др.) рек. размещать вдоль северной стены как буферные элементы.

Особое значение при проектировании солнечного дома приобретают планирование участка и правильная ориентация. Для эффективного использования солнечной радиации южная стена или кровля жилого дома должны облучаться прямыми солнечными лучами с 9.00 до 15.00 даже в самый неблагоприятный день. Для этого солнцепринимаемый фасад должен быть ориентирован на юг с отклонением не более чем на 10-20o. В тесной городской застройке возникает юридическая проблема протекции южных фасадов солнечных домов от затемнения.

В летнее время в большинстве районов необходима усиленная природная вентиляция дома для протекции от перегрева. Ориентировочный воздухообмен, который рекомендуется, в солнечном доме составляет 0,5 от общего объема дома в час. Хорошая организация воздушных потоков в доме служит основой распространения полученного тепла по помещениям за счет естественной конвекции. Это достигается созданием вертикальных воздушных потоков в двухсветовых пространствах атриумов, холлов, повышенных частях жилых комнат.

По способу преобразования солнечной энергии наиболее распространено распределение солнечных систем на пассивные и активные. Их подробная характеристика отвечает принятым в отечественной литературе классификациям. Пассивные системы используют модификацию традиционных элементов дома для накопления и распределения тепла. Они требуют незначительного дополнительного оборудования и потому более экономичные, хотя и недостаточно продуктивные. Для их эксплуатации не нужно специального обслуживающего персонала. Активные системы, даже простейшие, включают значительный арсенал технических средств (плоские водные и воздушные коллекторы, специальные аккумуляторы тепла, системы распределения тепла и контроля за теплопоступлением), что удорожает строительство и требует квалифицированного монтажа. В реальной практике мы обычно встречаемся с комбинацией разных систем и планировочных приемов.

Обращенное на юг окно в соединении с тепловой массой дома и изолирующими ставнями есть потенциально простейшей и в то же время наиболее удобной системой солнечного отопления. Также не тяжёлыми являются термосифонные воздушные коллекторы или солнечные водонагреватели. В ту же категорию попадают Скайтерм Гарольда Хея, стена из цилиндров Стива Баера и бетонная стена Тромба-Мишеля. Простые системы необязательно являются наиболее эффективными (хотя, нередко они довольно эффективны), но целиком вероятно, что при продолжительному сроке службы они требуют меньшей затраты строительных материалов и меньше энергии для своего сведения, эксплуатации и ремонта.

Кроме вышеприведенных примеров простейшая система солнечного отопления использует коллекторы, которые работают только во время солнечного сияния и если дом имеет потребность в тепле. Такие коллекторы можно на зиму устанавливать на открытых площадках возле дома, а летом демонтировать. Их можно прикреплять к стенам и крышам существующих домов. В любом случае воздух из домов подается в коллектор, нагревается солнечными лучами и потом поступает снова у помещения. Вентилятор включается по сигналу разности двух температур (в помещении и на улице). В цикле работы системы датчик, который посылает этот сигнал, определяет, светит ли солнце и достаточно ли нагрет коллектор, чтобы нагреть воздух до нужной температуры; второй прибор определяет, имеет ли помещение потребность в тепле или нет. Этот чувствительный прибор должен быть настроен на верхнюю часть термостата, поскольку солнечное тепло с воздухом должно поступать в помещения , когда его температура достигнет такого уровня, чтобы воспользоваться преимуществом использования энергии солнца, если оно светит (естественно, этот цикл может осуществляться вручную путем простого включения или выключения вентилятора). Поскольку в этом режиме работы не предполагается аккумулятор тепла для его дальнейшего использования, то дом должен действовать как контейнер теплоакумулятора. он должен нагреваться до такой температуры, которую могут выдержать люди, которые находятся в нем. Чем массивнее дом, тем больше тепла он может запасать, тем дольше он может обходиться без тепла после захода солнца или появления облачности, и тем выше будет общий КПД этой простой системы. Покрытые землей подземные сооружения с изоляцией, которая находится м. бетоном и грунтом, весьма близки к этим простым системам, поскольку массивные бетонные конструкции хорошо аккумулируют тепло.

Система следующего уровня сложности накапливает солнечное тепло в теплоаккумуляторе. Если помещение имеет потребность в тепле, хотя солнечная энергия в дом и поступает, то включается отопительная система, которая накопила тепло. но в идеале поступление солнечного тепла через окна должно удовлетворить потребности в отоплении и во время работы коллектора. Дублирующая отопительная система совсем отделена от системы сбора и распределения солнечного тепла с целью упрощения всего комплекса. Если солнца нет и аккумулятор заряжен, потребность дома в тепле удовлетворяется в первую очередь за счет солнечного аккумулятора. Если этого недостаточно, то включается дублирующая система отопления.

Типологические исследования американских специалистов позволяют объединить все виды пассивного энергообеспечения в 3 основные группы:

прямой обогрев помещений через разные типы застеклений южного фасада: витражи и окна, фонари верхнего света, вертикальные окна, расположенные в верхней части двухосвещаемого пространства и т.д. (direct gain); нагревание внешнего термального массива типа стены Тромба (indirect gain); нагревание изолированного объема, теплый воздух от которого потом распространяется по всему дому (isolated gain). Прямой обогрев - наиболее простой, исторически сформированный вид солнечного отопления. Он требует ориентации основных помещений на юг. Излишки тепла аккумулируются внутренним термальным массивом: кирпичными или каменными полами, внутренними стенами, каминами, ёмкостями с водой или другими жидкостями. Оптимальное расположение массива - в зоне непосредственной радиации, которая в несколько раз увеличивает его аккумулирующую способность. Отсюда необыкновенное расположение каминов и просто массивных элементов: непосредственно в структуре витража, сразу за застеклением. Ориентировочно рек. на 1 м2 застекления иметь 1 м3 термального массива с высокой теплопоглощающей способностью. Необходимым элементом в солнечных системах этого типа является надёжная система теплоизоляции и сонцезащиты помещений. Для этого используются стационарные или передвижные жалюзи, зашторивания, специальные занавесы, свесы кровель и др.

Нагревание внешнего термального массива широко используется в жилых домах с пассивными солнечными системами. Наиболее известный вариант этого массива - так называемая стена Тромба, которая представляет собой бетонную, кирпичную или каменную стену, расположенную на южном фасаде и выкрашенную в темный цвет. На небольшом расстоянии от стены выполняется стеклянная облицовка. Теплоносителем является воздух, который нагревается в прослойке м. стеной и облицовкой и в свою очередь нагревает стену, которая постепенно излучает полученное тепло в помещении. в этой конструкции соединяются функции коллектора и аккумулятора. Для циркуляции воздуха используются специальные клапаны.

Нагревание изолированного застекленного объема практически является модификацией прямого обогрева, но в американской специальной литературе выделяется особенно в силу чрезвычайной распространенности этого приема. Застекленный объем теплицы, атриума, оранжереи может примыкать к южному фасаду дома, или встраиваться у него. Воздух, который нагревается в теплице, распространяется по другим помещениям путем естественной конвекции или по каналам с механическим нагнетанием и простой системой датчиков. Обычно это термостат, который регулирует открытие клапана, если температура воздуха в теплице достигает необходимой. Аккумулирование тепла осуществляется внутренним термальным массивом, аналогичным выше описанному. Помещение теплицы или атриума может быть целиком изолировано от дома. При правильной организации режима эксплуатации оно может использоваться для потребностей семьи. Можно считать атриум (зимний сад) важнейшим элементом солнечного дома, который служит буферной зоной м. интерьером и внешней средой.

Отопление домов с помощью пристроенных оранжерей широко используется при реконструкции жилых домов, даже многоквартирных, в особенности для семей с низкой прибылью. Обслуживание пассивных систем в малоэтажном жилом доме должно быть весьма простым, так как часто владельцы не в состоянии справиться со сложными устройствами. По мнению американских специалистов, владелец должен тратить на это не более 15 минут в день (открыть и закрыть жалюзи, поднять рулонную теплоизоляцию, открыть или закрыть вентиляционное отверстие). Тем не менее, опросы, проведенные ASES, показывают, что много домовладельцев даже это считают для себя обременительным, несмотря на предлагаемые государством дотации.

При детальном проектировании домов (ориентация, инсоляция и т.д.) должны также учитываться по возможности энергетические требования. Солнечные дома необходимо проектировать весьма тщательно, и этот принцип должен придерживаться в мелких деталях. Вот основные правила, которых следует придерживаться:

строить с учетом климата и изучать природные условия; проект, который не учитывает сохранение энергии, в большинстве случаев не имеет успеха и неэкономичный; красивая инсоляция всего дома обеспечивает снижение его энергетических потребностей; применять по возможности двухкамерные стеклопакеты; располагать отверстия и солнечные коллекторы с южной стороны и правильно *ориентировать дом; избегать затемнения южного фасада дома; учитывать взаимосвязь эстетических и технических сторон при проектировании солнечных коллекторов и аккумуляторов тепла; учитывать, что технически и конструктивно многоразовое использование энергии находит применение в доме (отработанная вода, освещение и т.п.);