Наукове обґрунтування нових технологій улаштування сонячного освітлення в будівлях

А.В. Соломатін; д.т.н. Ю.М. Козаков, професор СПб ГАСУ, міжнародний експерт-будівельник, радник РААСН, заст. начальника Управління недержавної експертизи проектної документації та результатів інженерних досліджень Міністерства регіонального розвитку РФ, Північно-Західне регіональне відділення РААСН, м. Санкт-Петербург

Системи сонячного освітлення знаходять все ширше застосування як за кордоном, так і у вітчизняній практиці проектування, будівництва та експлуатації освітлювальних установок природного освітлення. Вони дозволяють максимально збільшити кількість сонячного світла у внутрішніх приміщеннях житлових та громадських будівель, одночасно забезпечуючи значне зниження електроенергії, що витрачається на освітлення.

Складові конструктивні елементи сонцеводів та їх види

Проведений нами аналіз системи сонячного освітлення Solatube® [1 - 8] показав, що вона вловлює світло через купол, розташований на даху, і спрямовує його вниз системою світловодів. Такий світловод у багато разів ефективніший за звичайну повнозбірну світлову шахту, в якій більше половини вловлюваного світла може бути втрачено. Труби світловодів підганяються між кроквами підкришного простору та легко встановлюються без зміни конструкції будівлі. На рівні стелі дифузор-розсіювач, що нагадує світильник, втоплений у стелі, поступово поширює світло по приміщенню.

Пристрої є енергозберігаючими, їхня робота заснована на найсучасніших технологіях передачі максимальної кількості сонячного світла, що потрапляє на дах будинку та у внутрішні приміщення, з метою збільшення яскравості природного освітлення від сходу до заходу сонця.

Що стосується світловіддачі, то трубчасті світловоди здатні виконувати функцію освітленнякращими результатами, ніж коробчасті пристрої верхнього світла (або т. зв. зенітні ліхтарі) того ж розміру, так як вони використовують світлову шахту (в якій світло втрачається шляхом поглинання в колодязі). Такі пристрої більш ефективно вловлюють світло з даху і раціонально передають більшу його кількість вниз по трубі-світловоду, що відбиває, в житлове приміщення.

Якщо розглянути питання про способи посилення світловіддачі, то звичайні пристрої верхнього світла не мають оптичних підсилювальних пристроїв для збільшення своєї продуктивності. Без таких пристроїв світловіддача звичайного пристрою верхнього світла значно знижується, якщо воно розташоване з північного боку даху скатного.

Особливістю системи сонячного освітлення (трубчастого світловода) Solatube® Daylighting System є, наприклад, наявність кількох запатентованих підсилювальних пристроїв, що працюють у взаємодії з метою уловлювання більшої кількості сонячного світла з усіх ракурсів, а також відображення його вниз світловодом для збільшення світловіддачі під час раннього ранку , наприкінці світлового дня та в зимові місяці, коли сонце не піднімається високо над горизонтом.

Система Solatube® з мінімальними втратами передає максимальну кількість навколишнього сонячного світла у внутрішнє приміщення і відмінно працює навіть у хмарні або дощові дні, у світанку або передзахідний годинник. Насправді воно настільки добре вловлює сонячне світло, що вночі у повню можна побачити приємне свічення. Крім того, трубчастий світловод краще розсіює сонячне світло. Такий пристрій використовує оптичну систему для поширення світла і повністю висвітлює все приміщення, а не тільки простір, що знаходиться безпосередньо під світильником.

Принцип роботи: світло відсонця, де б воно не знаходилося на небосхилі, протягом світлового дня потрапляє на купол і за допомогою системи лінз сконцентрованим пучком передається вниз у світловод і, багаторазово відбиваючись у ньому, проникає через розсіювач у приміщення, висвітлюючи його рівномірним потоком (рис. 1) .

Звичайні пристрої верхнього світла не мають оптичних підсилювальних пристроїв для збільшення своєї продуктивності. Без таких пристроїв світловіддача звичайного пристрою верхнього світла значно знижується, якщо воно розташоване з північного боку даху скатного.

Вивчаючи трубчасті пристрої верхнього світла, ми помітили, що вони можуть бути функціональними. Трубчасті пристрої, подібні до пристрою Solatube, можуть бути обладнані такими опціями, як інтегроване електричне освітлення.

для нічного часу доби, і регулятор денного світла Daylight Dimmer - для вимикання як денного світла, так і вентилятора, що перетворює один світильник на стелю на пристрій «два або три в одному». І знову – звичайні пристрої верхнього світла не можуть запропонувати такі можливості.

Рекомендована раціональна установка сонцеводів

Трубчасті світловоди можуть бути встановлені в місцях, для яких звичайні пристрої верхнього світла не є варіантом. Наприклад, у кімнатах, які не мають безпосереднього доступу до даху, або в приміщеннях з невеликою площею, таких як ванні кімнати, комори та вітальні. Компактна конструкція пристроїв (до 250 мм у діаметрі) та регульована система труб з поворотними сполучними деталями дозволяють обходити перешкоди під час встановлення пристроїв у горищному приміщенні.

Компактна відбивна система, встановлена на даху, збирає світло і спрямовує його вниз поциліндру, що має високі відбивні властивості, до стельового розсіювача світла, що нагадує стандартний світильник. Труба може бути повернена під кутом навколо перешкод у горищному приміщенні і не потребує обрамлення. Завдяки оптимальній установці трубчасті світловоди дозволяють передавати максимальну кількість доступного зовнішнього освітлення у внутрішнє приміщення без поглинання повнозбірним тунелем. Насправді технологія, що використовується в трубчастому світловоді Solatube, настільки вдосконалена, що дозволяє пристрою діаметром 250 мм забезпечувати сильніше освітлення, ніж коробчатий ліхтар верхнього світла площею два квадратні фути (майже 13 кв. м).

Крім того, на відміну від коробчатих попередників, трубчасті світловоди вловлюють навколишнє світло так само добре, як і прямі промені, дозволяючи їм забезпечувати виняткове освітлення навіть у хмарні дні, рано-вранці і в кінці світлового дня, коли сонце не піднімається високо над горизонтом [9] ].

Установка не займає багато часу і не є особливою складністю - зазвичай у професійного монтажника на установку пристрою йде близько двох годин. Отже, немає необхідності оплачувати дорогу переробку, фарбування та встановлення коробки, тобто вартість трубчастого світловода скорочується в кілька разів у порівнянні з вартістю коробчатого ліхтаря верхнього світла. Крім того, завдяки компактній конструкції трубчастого світловода в стелі немає отвору, що зяє. Зазвичай, залежно від виробника, трубчасті світловоди мають розміри діаметра від 250 до 500 мм.

Компанія Solatube пропонує, наприклад, додатковий освітлювальний комплект, що дозволяє окремому пристрою забезпечувати освітлення вдень та в нічний час, а такожвентиляційний комплект, що включає систему освітлення "три в одному", для яких знадобиться лише один невеликий отвір у стелі.

Розглянемо встановлення моделі Solatube® Daylighting System серії SolaMaster® 330 DS & 750 DS, яку ми будемо використовувати в об'єктах, що розглядаються нами [10 - 11].

Існують безстельові (рис. 2) і стельові моделі.

Мал. 2. Безстельова модель. Складові частини: (види основного бані) 1а - купол 750 DS з технологією Raybender® 3000, 1b - купол 330 DS з відбивачем LightTracker TM ; (кріплення бані) 1d - болти бані, 40 мм (4 шт.), 1сп - втулки (4 шт.), 1dii-стрічка ущільнювальна (1 шт.), 1dv - свердло, 2,5 мм (1 шт.); 2a,C - внутрішній купол для моделі 750 DS (енергозбереження ENERGY STAR); 3 - кільце подовжувача, 3а - стрічка ущільнювача кільця; 4 – флешинг, 4а – болти флешингу, 50 мм (21 шт.); 5а - подовжувач, 5ai - болти, 10 мм (95 шт.), 5aii - фольгова стрічка, 50 мм (моток); 6 - дифузор, 6а - ущільнювач дифузора

Верхній купол виконаний з ударостійкого матеріалу, що захищає від ультрафіолетового випромінювання, що практично не руйнується, що забезпечує високу стійкість до зовнішніх впливів.

Пристрій збору та передачі світла збільшує поверхню, здатну утримувати сонячні промені (які не потрапляють безпосередньо на відкритий канал світлоуловлювального пристрою), а потім передає світло вниз каналом. В результаті забезпечується збільшення кількості світла на вході та на виході пристрою.Водонепроникна система сполучення є безшовною конструкцією, що забезпечує герметичність. Регульована система стикування забезпечує оптимальне положення труби для збирання денного світла на похилому даху. Сверхотражающийтрубчастий світловод має найвищі у світі відбивні характеристики по яскравості та чистоті світла; він забезпечує майже ідеальну передачу кольорів.

Технологія збору світла дозволяє перехоплювати світло, яке не потрапляє безпосередньо у світловий канал, і передавати його вниз каналом, що має круті кути, мінімізуючи втрати при відображенні.Регульований кутовий адаптер, що монтується між балками даху, забезпечує простоту монтажу навколо горищних конструкцій. Кожен комплект з кутовим адаптером забезпечує можливість їхнього розміщення практично в будь-якому місці.

Монтаж здійснюється швидко і просто без конструктивних перебудов, без внесення плутанини та створення незручностей. Попередньо зібраний комплект робить монтаж ще більш швидким і простим. Необхідні інструменти та матеріали для монтажу: 3 тюбики (305 мл) покрівельного клею, електродриль, електропила, викрутка-зірочка/дриль, ніж або різак, рулетка, ножиці для різання по металу, мастика, грузик на мотузку.

Переваги та вигоди використання систем сонячного освітлення:

покращує настрій і бореться з депресією,
підвищує активність та збільшує рівень виробництва,
візуально збільшує внутрішній простір приміщень,
правильно передає кольори,
зменшує зорову напругу,
зберігає енергію,
вносить зовнішній світ усередину приміщення.

Десятирічна гарантія зміцнює впевненість у тому, що якість всіх компонентів системи є високою і стійкою до впливу зовнішнього середовища.

Висновки

З 1950 населення Землі подвоїлося, а до 2050 збільшиться ще на 40% в порівнянні з сьогоднішнім днем. Зростання населення та підвищення рівня добробуту ведуть дозбільшення енергоспоживання, а неухильне світове зростання споживання енергоресурсів на тлі дефіциту енергетичних потужностей, що зростає, об'єктивно змушує людину до енергозберігаючих заходів у її повсякденному житті.

Зменшення природних запасів вугілля, нафти та газу змушують вживати заходів щодо скорочення споживання палива та інших енергоресурсів. Такий розвиток подій призведе до тимчасового економічного спаду, який можна подолати за рахунок успішного впровадження сучасних технологій використання альтернативних енергоресурсів. Альтернативні енергоресурси забезпечують велику екологічну безпеку, а вимушена необхідність великих інвестицій не є для них обмеженням. До таких енергоресурсів належать (у порядку їхньої значущості): енергозбереження, гідроресурси малих річок, геотермальна енергія, енергія вітру, сонячна енергія.

Ми переконані, в Україні пропаганда та впровадження в життя нових, прогресивних енергозберігаючих технологій та обладнання, зокрема, сонцеводів, допоможе кожній людині в 21 столітті скоротити поточні витрати на освітлення, підвищити інсоляцію приміщень та забезпечити собі гідне та комфортне існування.

Література

1. Бурман А. П. «Основи сучасної енергетики». - М: Вид. "МЕІ", 2003 р.

2. Голіцин М. В. "Альтернативні енергоносії". - М: «Наука», 2004 р.

3. СП 23-102-2003 «Природне освітлення житлових та громадських будівель».

4. СНиП 23-05-95 * «Природне та штучне освітлення».

9. Козаков Ю. Н. «Будуємо котедж за 1 рік самотужки». Довідник будівельника. - СПб: БХВ, 2008

10. Козаков Ю. Н. «Як самому упорядкувати ділянку». Довідник будівельника. - СПб: БХВ, 2008

11. Козаков Ю. Н., Кондратенко В. В. «Архітектурамегаполісу. Україна, Європа, США. Феномен інтеграції та глобалізації». – СПб: ДЕАН, 2007 р.