Энергия

ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

В наши дни наиболее разумными путями использования сол­нечной энергии, по-видимому, является использование процес­сов, которые не требуют слишком дорогих материалов, приме­нения сложного оборудования в виде систем и подсистем или многих движущихся частей. Примерами «пассивной» или «мяг­кой» технологии могут служить окна, изолирующие ставни для окон, затеняющие устройства, тепловая инерция в зданиях и термосифонные солнечные коллекторы. Большинство из этих примеров было уже рассмотрено. Дальнейшим развитием темы разработки здания как солнечного коллектора является синтез этих решений с другими компонентами здания. Такие решения можно рассматривать скорее в качестве пристройки к зданию, а не специального оборудования. Различия между «пристрой­кой» и «оборудованием», а следовательно, между этими «мягки­ми» солнечными проектами и проектами, которые обсуждаются в части V, часто весьма условны. И это естественно. В этой свя­зи представляет интерес попытка определить влияние разнооб­разных решений, воплощенных в различных проектах, на общую экономию энергии и ресурсов, уменьшение загрязнения среды и экологического равновесия.

Доктор Хойт Хоттел, который содействовал постройке пер­вого солнечного дома Массачусетского технологического инсти­тута еще в 1939 г., предупреждал, что легко недооценить труд­ности (и расходы), связанные со строительством дома, исполь­зующего солнечную энергию. Тем не менее Стив Баэр, Гарольд Хэй, Гарри Томасон и другие делали попытки упростить свои проекты пассивных систем, но весьма изощренными методами.

Экономическое сравнение между пассивными и активными системами часто говорит в пользу пассивных. Нередко такие системы не только дешевле, по и более эффективны.

Предположим, например, что на каждый квадратный метр окна ежедневно поступает около 10 000 кДж тепла. Если окно имеет двойное остекление, то можно считать, что в помещение поступит около 8000 кДж. Если средняя температура наружного воздуха составляет около 2° С, то потери тепла за сутки соста­вят около 4200 кДж. Чистое поступление тепла будет равно примерно 3700 кДж. Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37% (3700 разделить на 10 000). Эта ве­

личина КПД сравнима с сезонным КПД размещенного на кры­ше коллектора, который можно считать специальным оборудо­ванием. Однако первому варианту свойственна существенно меньшая цена и большая простота конструкции. Кроме того, на другой день солнце может быть закрыто облаками, однако поте­ри тепла через окно не прекращаются. Чистое поступление теп­ла может оказаться равным нулю, следовательно, и общий КПД также будет равен нулю. Солнечный коллектор (типа «обору­дование») нс имеет никакого КПД, поскольку он не функциони­рует. Предположим, что па ночь окна закрываются изолирую­щими ставнями или, скажем, на две трети всего времени. За двухдневный период окно собирает 8000 кДж тепла в течение 8 ч и теряет его за 48 ч. В течение 16 из этих 48 ч ставни от­крыты, н через окно теряется около 2600 кДж. Остальные 32 ч ставни закрыты, и потери тепла в час сокращаются в пять раз, т. е. теряется только около 1000 кДж. Общие потери тепла за двое суток составят 4000 кДж, а общее поступление солнечного тепла будет 8000 кДж. При этом чистое поступление тепла через оконный «солнечный коллектор» равняется 4000 кДж (8000 ми­нус 4000) при КПД = 40% (4000 разделить на 10 000). Эта эф­фективность такая же или даже лучше, чем у большинства хит­роумных, хорошо спроектированных систем, но при этом значи­тельно дешевле и проще. В этой части рассматриваются реше­ния, промежуточные по стоимости и сложности между окнами и солнечными энергетическими системами, в которых использует­ся большое количество приводов управления, клапанов, трубо­проводов, воздуховодов, насосов, вентиляторов и теплообмен­ников.