Как перераспределить солнечный свет в помещениях
Прямое использование солнечного света имеет значительные преимущества. Концентрация солнечных лучей, плоскими и криволинейными зеркальными поверхностями, повышает эффективность работы гелиотехнических систем. В условиях низкой плотности, падающей на землю, солнечной радиации осложняется решения архитектурных задач, связанных с необходимостью включения в структуру стационарных строительных объектов мобильных элементов, которые возвращаются за солнцем, чтобы получить максимальное количество его световой и тепловой энергии. Для устранения противоречия между стационарным характером объекта и мобильностью его структурного элемента есть несколько путей:
1) устройства зеркального концентратора в виде самостоятельного конструктивного элемента;
2) объединение конструктивно самостоятельного зеркального концентратора с каналом-световодом;
3) сообщения стационарного зеркального концентратора или обычного коллектора с ограждающими конструкциями здания при условии создания второй, подвижной, конструктивно независимой, системы отражателей.
Вообще традиционно рассматриваются пассивные, активные и интегральные солнечные системы. Возникновение пассивных солнечных систем относится к начальному периоду развития. Рациональное сочетание таких факторов, как местоположение дома, площадь его остекления, массивность конструкций, наличие солнцезащитных устройств; вентиляция и т.п., позволяют создавать дома, которые накапливают полезное солнечное тепло зимой и защищают их от перегрева летом. Значительная роль в создании пассивных солнечных систем принадлежит застекленным светоприемам. «Солнечные окна и фонари» не только освещают, но и обогревают помещения благодаря «парниковому эффекту». Создание активных солнечных систем связано с тремя основными методами использования солнечной энергии: прямое использование световой энергии; преобразование световой энергии в тепловую и электрическую энергию, связанное со значительными ее потерями. Солнечные системы в наиболее развитом активном виде традиционно включают в свой состав три основных элемента: 1) приемник энергии, или коллектор; 2) распределительную и коммуникационную сеть; 3) хранилище энергии, или аккумулятор.Рассмотрим оптическую систему, предназначенную для освещения помещений, отраженными солнечными лучами, состоящую из большого, параболического зеркала, принимающего солнечный свет, не в фокусе которого расположено малое зеркало, формирующее световой пучок и направляющее его через отверстие в большом зеркале в герметичный теплоизолированный канал-световод, что, разветвляясь, несет свет и тепло в любые точки дома (рис. 1).
Рефлектор - концентратор для сбора солнечных лучей, оборудован системой наблюдения за движением солнца над горизонтом, в случае повышенного ветрового давления должен прекращать свою работу и занимать безопасное положение, обеспечивающее хорошие аэродинамические качества.
Особое внимание стоит обратить на качественно новый гелиоархитектурный элемент - световод, что является существенной составной частью описанной выше оптической системы. Доставка света зеркальными оптическими каналами вносит кардинальные изменения в понятие оптимальной глубины помещений, ширины зданий и их размеров, а также о степени благоприятности различных сторон горизонта и использовании подземного пространства. Все это способствует возникновению новых идей в архитектуре. Так, французский профессор Ги Ротье из Ниццы в содружестве с профессором М. Туши и инженером по солнечной энергии А. Бутье в начале 70-х годов разработали проект под названием «Экополис». Проектируемый город располагается на холме, внутреннее его пространство освещается и отапливается солнечными лучами, направленными с помощью фокусирующих солнечных коллекторов в специальные «солнечные коридоры». Жилые помещения находятся снаружи у террас, а общественные, производственные помещения, коммуникации находятся в середине «солнечного города».
Таким образом, представление о северной и южной солнечной комнаты устарели. Отраженные солнечные лучи после их концентрации или перераспределения можно использовать не только для теплотехнических целей обогрева домов, но и для удовлетворения сравнительно новых светотехнических потребностей - улучшение условий световой среды в помещениях или участках застройки с недостаточными или полностью отсутствующим естественным освещением и инсоляцией. Элементы системы «концентратор-коллектор» при их сочетании с ограждающими поверхностями домов, или в самостоятельном конструктивном исполнении, имеют качества стационарности и регулируемости с учетом принципа наблюдения за солнцем, который относится к отдельным частям или целых зданий и сооружений.
Рис. 1. Оптический комплекс рефлекторов и световодов для солнечного освещения помещений внутри зданий или в подземных сооружениях, с дефицитом или полным отсутствием естественного света: а, б - деталь световода и схематический разрез дома: 1 - прозрачное заполнения в месте расположения светопрозрачного устройства; 2 - дублирующий источник искусственного света; 3 - зеркальная призма: 4 - труба с внутренним покрытием металлизированной пленкой 5 - принимающий рефлектор-концентратор; 6 - рефлектор, формирует световой пучок; 7 - механизм управления следящий за работой рефлектора; 8 - световодные каналы, расположенные между подвесным потолком и перекрытием; 9 - вертикальный ствол-световод.