Ориентация дома по сторонам света



Ориентация дома по сторонам света

О теплом доме мечтает большинство частных застройщиков, но мало кто знает, что теплота дома очень сильно зависит от ориентации дома по сторонам света. Наверное, и нашим читателям приходилось если не на собственном опыте сталкиваться с этим вопросом, то, по крайней мере, слышать о такой проблеме. В чем же разница между «теплым» и «холодным» домом?

«Теплый» дом легко отапливать, в нем долго сохраняется тепло, а затем царит уют, здоровье. Зато в «холодном» доме всегда холодно и пасмурно, даже, если в печи горит огонь.





В свое время мы также столкнулись с этим явлением на родительском дворе, где стояла старая-старая сельская хата, изготовленная из глины и соломы. Однако, несмотря на это, в ней всегда было комфортно, уютно, а, следовательно, и приветливо.

Впоследствии возникла необходимость построить новый дом, но разрушать старое жилье не хотелось. Поскольку места во дворе было немного, пришлось начинать новостройку на свободном клочке земли, сориентировав ее «лицом» к старому дому. Строили старательно и, конечно же, позаботились об утеплении, значительно лучше, чем в старом доме. Однако в новом доме всегда было холодно и не очень уютно. Почему так случилось? Эта загадка; долго не давала нам покоя и подвигла нас к дальнейшим поискам, наблюдений и экспериментов.

Исходя из собственного многолетнего опыта исследования этой проблемы, приведем несколько наиболее существенных причин, которые могут привести к тому, что дом окажется не «теплым», а «холодным». Надеюсь, что они будут полезными для читателей.

Причины, которые не дают дому стать «теплым»

В частности, когда мы впоследствии подробно исследовали этот вопрос, то оказалось, что секрет нашего старого, но «теплого» дома крылся в том, что сориентирован дом был почти идеально, своей длинной стороной по линии «восток-запад». Кроме того, его не закрывали деревья и другие здания. Почти все окна и входные двери этого дома выходили на юг, а вот с северной стороны их вообще не было. Следует также отметить, что такие же принципы были заложены при сооружении большинства соседских старых домов, поэтому и неудивительно, что все они оказались «теплыми».

Ярким свидетельством целесообразности такого подхода к строительству собственного дома есть старинные дома. Стоит лишь заметить, что иногда с южной стороны, дома имели так называемый навес-вынос крыши, который не мешал обогреву дома солнцем зимой, но затенял южную стену летом, что давало такую желанную прохладу в жару.

Жаль, что идея и секреты постройки «теплого» дома со временем почти забылись и не учитываются современными застройщиками, как это случилось и с нами при сооружении нового дома, который оказался «холодным». В частности, почти все окна в нем ориентированы на север и запад и только одно из них — на юг, потому что во время проектирования дома родители настаивали, что хотят иметь красивый вид на собственный двор и улицу.

Ориентация дома согласно движению солнца

Такие же проблемы, в частности неудачная ориентация дома к сторонам света и его затенение, характерные для всех «холодных» домов. Поэтому необходимо подробнее рассмотреть факторы, определяющие комфорт в наших домах. А для этого, прежде всего, следует вспомнить старинную народную пословицу: «Куда редко заглядывает солнце, туда часто заходит врач». Эта идея изначально интуитивно использовалась для строительства домов. Подтверждением этого служит и план дома XIX века (рис. 1).

Ориентация дома согласно движению солнца

Этот дом с навесом был ориентирован длинной стороной по линии восток-запад, чтобы обеспечить максимальное поступление тепла через южные окна. Кроме того, согласно изображенного на рис. 1 плана, при такой ориентации, окон с северной стороны вообще не было. Сам навес выполнен не в виде выноса крыши, а как достройка, имевшая боковые двери, которые дополнительно защищали южную стену от выдувания тепла ветрами с востока и запада.

Логично предположить, что в этом доме были «теплые» и «холодные» внутренние помещения. «Холодные» помещения располагались с северной стороны и могли использоваться летом, а в «теплых» помещениях хозяева находились преимущественно зимой, где было значительно теплее благодаря поступлению дополнительного солнечного тепла через южные окна. Кроме того, «холодные» помещения могли играть роль теплового изолятора от потерь тепла с «теплых» комнат в окружающую среду.

Подобные подходы, основанные на пассивном поглощении солнечного тепла и теплоизоляции дополнительными пристройками, имели место и в старинных крестьянских избах.

Итак, «теплый» дом благодаря своей конструкции хорошо освещен через окна зимой солнечными лучами, что приводит к существенному дополнительному обогреву его внутреннего объема, а, следовательно — и хорошему самочувствию и крепкому здоровью жителей. Зато летом этот дом не перегревается прямыми солнечными лучами, что дает определенную прохладу в летний зной.

хорошо освещен через окна зимой солнечными лучами

Такое свойство «теплого» дома зависит от пути, который проходит солнце по небу в разные времена года. Представим, что мы (неподвижный наблюдатель, рис. 2) живем в мире, образованном из горизонтальной плоскости и расположенной сверху бесконечно большой полусферы (небесная сфера) с центром в месте нашего расположения. Путь Солнца по небесной сфере определяется только временем года и местной широтой. Например, путь Солнца на широте Киева во время весеннего или осеннего равноденствия обозначен зеленой дугой. Только в течение этих дней солнце восходит точно на географическом востоке и заходит на географическом западе, а угол между плоскостью, в которой движется солнце, и вертикальной плоскостью, определенной зенитом и линией восток-запад, равен местной широте.

В остальные дни года солнце движется в плоскостях, почти параллельных плоскости движения во время равноденствия, день за днем удаляясь в северном направлении до крайнего положения во время летнего солнцестояния (20-21 июня, красная дуга на рис. 3) и затем в южном направлении до крайнего положения во время зимнего солнцестояния (21-22 декабря, фиолетовая дуга на рис. 3). Заметим, что в соответствии с приведенным описанием солнце всходит и заходит севернее линии «восток-запад» между днями весеннего и осеннего равноденствия, и южнее в противном случае.

Эксперимент по ориентации дома по сторонам света

Эксперимент по ориентации дома по сторонам света

Различные пути Солнца по небесной сфере летом и зимой обусловливают разное нагревание поверхности земли. Объясняется это просто: если солнечные лучи попадают на поверхность под прямым углом (90 °), то поверхность будет нагреваться лучше, а при уменьшении этого угла к нулю ее обогрев также уменьшаться. Рассмотрев рис. 2, можно увидеть, что летом солнечные лучи в полдень достигают земли под значительно большим углом, чем в полдень зимой. Впрочем, возвращаясь к теме «теплого» и «холодного» дома, из приведенного можно сделать вывод, что даже зимой есть возможность значительно увеличить поступление тепла, если его «собирать» с вертикальной поверхности, направленной на юг, потому что тогда солнечные лучи будут попадать на нее в полдень под углом, близким к прямому.

Выполненные расчеты подтверждают это предположение. Для опыта было выбрано здание в виде куба, одна из граней которого направлена на юг. Кроме того, каждая грань, кроме основы, имела окна размером 1 кв.м. Результаты расчетов дневного поступления солнечного тепла к различным окнам здания с учетом пути Солнца по небесной сфере на широте Киева, продолжительности дня и рассеивание солнечных лучей в атмосфере приведены на рис. 3.

Итак, можно сделать вывод, что сооружение зимой получает существенное количество солнечного тепла именно через южные окна, тепловой вклад остальных окон очень незначительный. В частности, северное окно не помогает в обогреве дома солнечными лучами зимой, и лишь незначительное количество тепла попадает в дом летом, когда дополнительный обогрев нежелателен. Именно поэтому много окон, расположенных с северной стороны, служат причиной «холодного» дома.

Приведенные нами данные (ежедневно около 3-5 кВт-час тепла через каждый 1 кв.м. южного окна) позволяют также оценить экономический эффект от «дармового» подогрева дома в солнечные зимние дни. Конечно, при условии, что дом правильно спроектирован. Приведенные на рис. 3 значения снижаются до 20% в дни с плотной облачностью.

Затенение — важный фактор

 

Затенение - важный фактор

Однако следует отметить, что даже такая рациональная ориентация дома по сторонам света, которая обеспечивает пассивный обогрев дома, малоэффективна, если на участке с южной стороны растут высокие деревья или дом затеняют другие сооружения, которые ограничивают попадание солнечных лучей в дом. Дело в том, что в зимнее время все объекты отбрасывают на горизонтальной поверхности длинные тени, даже в полдень. На рис. 4 изображен путь конца тени в течение дня от достаточно толстого вертикального столбика, расположенного на широте Киева. Как видим, во время зимнего солнцестояния самая короткая длина тени в полдень от любого объекта в три с половиной раза больше его высоты  L, а в остальное время она длиннее в зависимости от того, насколько близко находится солнце к небосклону.

Вот почему стоит при проектировании «теплого» дома располагать его вблизи северной границы участка, чтобы поступлению солнечного тепла к вашему дому не препятствовали соседские дерева или сооружения. К тому же, вы можете распланировать размещение зданий на собственном участке таким образом, чтобы южная сторона вашего дома хорошо освещалась зимой.

Ориентация теплицы по сторонам света

 

Ориентация теплицы по сторонам света

Следует отметить, что по принципу «теплого» или «холодного» дома стоит строить не только жилой дом. Приведенный подход позволяет по аналогичному принципу построить теплицу, которая будет эффективно обогреваться бесплатным солнечным теплом. Очень часто овощеводы-любители ошибаются, считая, что достаточно лишь просто накрыть полиэтиленовой пленкой каркас или застеклить его, и теплица, которая будет обогреваться благодаря парниковому эффекту, созданному водяным паром и углекислым газом, выделяемым растениями и из почвы, готова. Существенные потери тепла в такой теплице происходят из-за ее прозрачных элементов (пленка, стекло). Жаль, что при этом совершенно не учитывают дневной путь солнца на небе и движение тени от окружающих ее объектов.

А зря, потому что существенным источником тепла в парнике или теплице может служить солнце, тепло которого аккумулируется теплопоглощающими компонентами каркаса с той стороны, через которую ожидается поступление солнечных лучей.
Парниковый эффект в такой теплице играет второстепенную роль и может быть важным только при облачной погоде.

Предлагаем рассмотреть принцип действия теплицы, приведенный на рис. 5. Ее крыша и внешние стены расположены таким образом, чтобы солнечные лучи в течение зимнего дня лучше нагревали внутренние стены теплицы, которые будут отдавать растениям аккумулированное тепло ночью. Дополнительным преимуществом такой конструкции теплицы есть и то, что она имеет пониженные потери тепла через крышу и северную стенку.