Энергия

ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ ЗДАНИЙ

Использование систем солнечного отопления И охлаждения в существующих зданиях должно стать одной из первоочеред­ных задач в США. Этот путь обеспечивает реальное сокращение потребностей в ископаемом топливе.

Как и для новых зданий, переоборудование старых может осуществляться на различных уровнях технологической слож­ности, денежных и энергетических расходов и практического под­хода. На одном конце шкалы сложности и затрат находятся пять школьных зданий, в которых солнечная энергия стала использо­ваться по инициативе Национального научного фонда. Посере­дине шкалы находится один из первых домов с солнечным отоп­лением, расположенный в Боулдере, шт. Колорадо, и спроекти­рованный д-ром Джорджем Лёфом в 1950 г.

На другом конце шкалы собрано в настоящее время боль­шинство переоборудованных домов, где применяются более про­стые и часто более эффективные методы. Существуют три основ­ных способа переоборудования зданий (рис. 3.57). Первый спо­соб заключается в креплении коллекторов к существующим или несколько видоизмененным наружным ограждающим конструк­циям здания, т. е. к стенам или крышам. Другой способ состоит в установке коллекторов на пристройку к зданию, например, крыльцо, гараж или новое крыло. И третий способ — это строи­тельство сооружения для размещения коллекторов отдельно от здания. Это может быть вспомогательная надворная постройка, как, например, отдельно стоящий сарай, гараж, амбар или соо­ружение, построенное исключительно для размещения коллек­тора. Этот вариант будет обсужден ниже.

Из-за самых неожиданных ограничений, связанных с исполь­зованием существующих зданий, ориентация и угол наклона коллекторов могут быть неоптимальными. Часто экономические соображения ограничивают возможность изменить имеющиеся условия применения коллекторов и тем самым суживают воз­можности оптимизации проекта. Конструкция коллекторов, ис­пользуемых для нагрева воды, обладает несколько большей гиб­костью благодаря меньшему размеру коллекторов. Этому спо­собствует и режим круглогодичного их использования, посколь­ку положение солнечного диска на небосводе меняется в течение 12 мес гораздо больше, чем во время более короткого отопитель­ного сезона. Коллекторы для системы солнечного охлаждения с трудом достигают требуемой эффективности даже в наилуч­ших условиях инсоляции, и поэтому по возможности должны иметь оптимальную конструкцию и размещение, что затрудняет их приспособление к существующим зданиям. Для системы сол­нечного отопления размер коллектора должен быть более поло­вины площади пола здания, но не менее Ю м2. Для приготовле-

Рис. З 57. Размещение солнечных коллекторов применительно к существую­щим зданиям

/ — па существующей крыше или стене, 2 — коллектор; 3 — только вертикальные, стено* пые коллекторы (для широт не менее 35°), 4 — па пристройке к зданию; 5— на отдель­ной конструкции ния горячей воды коллектор может быть небольшим исходя из нормы 2,5—3 м2 на человека.

Ориентация коллекторов для системы отопления должна быть в пределах от юг—юго-востока до юг—юго-запада и от юго-востока до юго-запада для системы приготовления горячей
воды. Доктор Даг Тафф (лаборатория «Гарден Уэй») экспери­ментирует с системами, где скомбинированы коллекторы, обра­щенные на восток, и коллекторы, обращенные на запад.

Угол наклона коллекторов для системы отопления помеще­ний (измеряемый от горизонтали) может находиться в преде­лах, определяемых градусом широты и градусом широты плюс 55°. Для 40° с. ш. пределы составляют от 40 до 90° (вер­тикальное положение). Наклон коллекторов для системы горя­чего водоснабжения находится в пределах от градуса широты минус 10° до градуса широты плюс 25°. Для 40° с. ш. этот диа­пазон составляет от 30 до 75°.

Во всех вышеуказанных пределах сезонная или годовая об­щая эффективность системы будет отличаться не более чем на 10 или 20% оптимальной. Один из самых простых способов ис­пользования солнечного тепла при существующих крышах за­ключается в пропускании воды или воздуха поверх гонтовой поверхности. Теплоприемная поверхность должна быть как мож­но более черной, при необходимости окрашенной и свободной от мусора. К стропилам крепятся рамы для двух слоев остекления и конструкционного материала (например, полиэфирной смолы, армированной стекловолокном) с учетом мер для предупрежде­ния протечек.

Крышу можно также покрыть волнистыми алюминиевыми листами, окрашенными в черный цвет и закрытыми стеклом. Вода подается через перфорированную трубу вдоль конька кры­ши и собирается затем в желоб. Доктор Томасон эксперимен­тально исследовал этот метод и нашел, что коэффициент полез­ного действия такого коллектора невелик. Однако если крыша уже существует, то небольшие затраты, связанные с превраще­нием ее в солнечный коллектор, могут оправдать низкий КПД.

На рис. 3.58 показаны некоторые детали возможной конст­рукции коллектора. Участки обращенных на юг стен можно превратить в коллекторы воздушного типа примерно так же, как это было сделано с крышами. Коллекторы водяного типа при размещении их на стенах менее практичны, поскольку от­сутствует наклонная поверхность, по которой вода может сте­кать.

Во дворах вне дома коллекторы могут размещаться на от­дельно стоящих конструкциях. Такие коллекторы, их достоин­ства и недостатки обсуждаются в последней части книги. При­мер подобного устройства, которое можно легко собрать и разо­брать, показан на рис. 3.59. Прохладный воздух из дома отби­рается через нижнюю часть окна в солнечный коллектор, а по­дается обратно в помещение через верхнюю часть окна. Устройство похоже на оконный кондиционер. Более высокая сте­пень регулирования достигается путем подачи прохладного воз­духа в коллектор из одного окна и возврата теплого воздуха в другое. _

/ — верхняя накладка, 2 — труба с перфора днями 3 — два слоя стекла или другого про зрачпого материала, 4 — холодная вода 5 — фильтр (для асфальтовой крошки), 6 — нагре тая вода, стекающая в желоб, 7 — конопатка (типовая), 8 — стекло, 9 — металлическая кляммера, 10 — гонт, 11 — фанера. 12 — стро­пило

Рис. 3 59. Портативный солнечный кол­лектор воздушного типа, устанавливае­мый во дворе (проект и рисунок Леа Пуассона)

При переоборудовании существующих зданий можно приме­нить быстрый и достаточно дешевый метод установки простых солнечных коллекторов воздушного типа в оконной коробке. На рис. 3.60, 3.61 и 3.62 представлены модификации вертикаль­ных термосифонных солнечных коллекторов в административ­ном здании в Одейо (см. рис. 3.3). Такие коллекторы предназна­чены для установки в проемы существующих окон. На рис. 3.60 показана конструкция, приписываемая Баку Роджерсу из г. Эм - будо, шт. Ныо-Мексико. Прохладный воздух из помещения за­сасывается в коллектор нагретым воздухом, который из коллек­тора поступает в помещение. Вертикальный вариант этой кон­струкции, показанный на рис 3.61, особенно приемлем для крупных зданий.

Хотя коллектор в оконной коробке может быть почти любого размера, его эффективность, даже и значительная, основываясь на площади в квадратных метрах, в действительности будет мала, если размеры коллектора существенно не превышают раз­меры окна. Если для обеспечения 50%-ной потребности в отоп­лении требуется коллектор размером от четверти до половины площади пола здания, то должно быть ясно, что для заметной

экономии энергии требуются большие коллекторы На рис 3 62 показан способ, как сделать коллектор больше окна

Трудная задача дополнения существующих здании аккуму­лятором тепла была практически решена Дж П Гуптой и Р К Чопрой из лаборатории министерства обороны (г Джодх­пур, Индия) Они разработали простой солнечный обогреватель комнат, который не требует механической энерши и который можно встроить в существующие здания Как видно из рис 3 63, солнечный коллектор южной ориентации наклонно опирается на стену здания Высокий бак с горячей водой без теплоизоля­ции находится в помещении, примыкая хорошо изолированной стенкой к наружной стене В результате естественной конвекции вода циркулирует из плоского коллектора в бак и обратно в кол лектор Если в данном климате возможны отрицательные тем пературы, в воду добавляется антифриз Тепло в помещение бак излучает своей передней стенкой

В данном разделе книги кратко рассмотрены некоторые альтернативные варианты пассивных систем теплоснабжения Следующая часть книги, посвященная меюдам горячего во­доснабжения с помощью солнечной энергии, предшествует ча-

Рис 3 62 Оконная коробка вид спе

РисГ 3 63 Простой солнечный обогре­ватель комнаты (сконструирован Дж П Гуптой и Р К Чопрой из лаборатории Министерства обороны, г Джодхпур, Индия)

/__ холодная вода 2 — коллектор 3 — сол

нечная радиация 4 — горячая вода 5 — перелив 6 — стена 7 — фанера 8 — изоля ция (сухая трава) 9 — глинобитная кры ша Ю — джутовая изоляция 11 — воз душный зазор 12 — отверстие для сооб щения с атмосферой и заливки 13 — кран 14 _ стекловата 15 — бак 16 — подставка для бака 17 — дверь

сти V, в которой излагаются технологические решения активных систем использования солнечной энергии для отопления и ох­лаждения помещений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Hammond, Jonathan, Hunter, Marshall, Cramer, Richard, and New - bauer, Loren «А Strategy for Energy Conservation Proposed Energy Conser­vation and Solar Utilization Ordinance for the City of Davis, California» Pre­pared for the City of Davis with the support of The Case Institute, August 1974.

2 Hay, Harold «New Roofs for Hot Dry Regions» Elastics 31 (February 1971), 158—164

3 Kern, Ken The The Owner Built Home Oakhurst, Calif Owner - Builder Publications, 1961

4 National Science Foundation and Research Applied to National Needs Proceedings of the Solar Heating and Cooling for Buildings Workshop Waso- hington, MarchH973 Department of Mechanical Engineering, University of Maryland "* 5 Б Андерсон