Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

КОНСТРУКЦИЯ СТЕНЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ТЕПЛОВОЙ ПОТОК ТОЛЬКО В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ (ТЕРМИЧЕСКИМ АНАЛОГ ДИОДА)

В электрической цепи элемент схемы, который обеспечивает протекание тока в одном направлении, называется диодом; он является неотъемлемым элементом в устройствах компьютеров и электронных приборов.

По всей вероятности, в конструкции стены можно использо­вать этот принцип и назвать такое устройство термическим дио­дом. В самом деле, если бы удалось найти инженерное решение конструкции стены, которая только поглощала бы поступающее излучение и сама не излучала тепло, то это решение стало бы равносильно технической революции.

Для стены обычной конструкции количество передаваемого через нее тепла выражается произведением трех величин: эф­фективного (или приведенного) коэффициента теплопередачи К, разности внутренней и наружной температур At и площади

ПоверхностиА.

Коэффициенты передачи тепла через стену К в зимний пе­риод, когда тепло от внутренней поверхности переходит к на­ружной, и в летний, когда тепло передается от наружной поверх­ности к внутренней, практически одинаковы. Если бы была оди­наковой разность температур, то летом и зимой через стену пере­давалось бы одинаковое количество тепла. В данном случае, как и при протекании электрического тока, можно было бы до­биться эффекта "выпрямления", или передачи тепла только в одном направлении. Однако для того, чтобы получить эффект преимущественного направления потока через стену в одну сто­рону, необходимо применять специальные устройства. На рис. 4.32 показаны наиболее известные способы решения этой зада­чи - использование термосифона и тепловой трубы. Кроме того, в конструкциях помимо этих способов, изображенных на рисун­ке, добавляется действие так называемого парникового эффек­та, поскольку остекление помещения или коллектора выбороч­но сортирует солнечные и тепловые лучи: коротковолновое излучение пропускает, длинноволновое - задерживает. Ту же цель преследует усиление тепловой изоляции в темное время суток (ставни, жалюзи). Все эти способы направлены на создание эффекта преимущественного направления потоков тепла.

Системы использования солнечной энергии с применением термосифона аналогичны по принципу действия водонагревате­лям с естественной циркуляцией воды. Однако, поскольку в термосифонной системе коллекторная и аккумуляторная части находятся на одной высоте, необходимо предотвратить возмож­ность опрокидывания циркуляции в ночные часы. Для этой цели необходим обратный клапан. Таким образом, в дневные часы требуется обеспечить циркуляцию воды, а в ночные - только нужное направление воздуха, поэтому возникают трудности в отлаживании системы, иначе невозможно гарантировать ее безопасность.

Системы с использованием тепловой трубы работают по сле­дующей схеме: между двумя тепловоспринимающими алюми­ниевыми панелями с высокой теплопроводностью помещена

РИС. 4.32. КОНСТРУКЦИИ СТЕН С ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА ТЕПЛА

А — с использованием тепловой трубы: 1 — тепловоспринимаю - щая панель (алюминий, селективно-поглощающая пленка); 2— тепловая труба; 3 — теплоизоляционный материал (пено­полиуретан); 4 — поток излучения; 5 — стекло; б — с использо­ванием термосифона: 1 — тепловоспринимающая панель; 2 — устройство, предотвращающее опрокидывание циркуляции; 3 — теплоизоляционный материал; 4 — теплоаккумулирующая среда (вода); 5 — поток излучения; 6 — стекло

Тепловая труба, в промежутке расположен теплоизоляционный материал (пеноуретан). Когда в левой панели повышается температура, то в тепловой трубе вскипает и испаряется тепло­носитель (вода или фреон); в процессе конденсации, происходя­щей в верхней низкотемпературной части трубы, он отдает тепло и путем естественной циркуляции возвращается в исходное положение. Таким образом, тепло передается по трубе в направ­лении слева направо. В обратном направлении процесс теплопе­редачи происходить не может.

В данной конструкции стены отношение значений коэффи­циента теплопроводности при направлении потока тепла слева направо и условного коэффициента теплопроводности в направ­лении справа налево называют показателем преимущественнос - ти направления тепла. Если добиться значения этого показате­ля выше 10, то такую систему можно внедрять в различные сферы практического применения. Однако, к сожалению, не­сколько лет назад авторам удалось получить в экспериментах Только два положительных результата. Возможно, это объясня­ется тем, что в процессе противотока тепло частично передава­лось в обратном направлении по медной трубке. Думается, что пРи использовании прозрачных неорганических материалов, на­пример стекла, а также путем усовершенствования свойств Тепловых труб и оптимизации их расположения можно добиться Положительных результатов. Если бы были разработаны конст­Рукции стен, обеспечивающие преимущественное направление

Потока тепла, то принцип такого устройства нашел бы широкое применение при создании тепловоспринимающих стен и кр°" вель, приводящих к охлаждению помещения в ночные часы за счет излучеия накопленного в течение дня тепла.

Уже имеются случаи практического использования этого устройства - термическрого аналога диодов - для охлажден^ помещений путем усиления в ночные часы потоков излучен^ от электрических станций в районах пустынь.