Энергия

ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Отдельно стоящий коллектор представляет собой устройство, размещенное отдельно от здания, которое оно обслуживает. В широком смысле это понятие включает коллекторы, которые связаны со зданиями, но не встроены в их ограждающие кон­струкции (крышу или стены). К этому типу обычно относятся солнечные водонагреватели. Однако термин «отдельно стоящие коллекторы» будет обозначать главным образом те коллекторы, которые используются для отопления и охлаждения зданий и которые смонтированы на конструкциях, не связанных с обслу­живаемыми ими зданиями.

Отдельно стоящие коллекторы часто устанавливают, когда существующее здание реконструируется для использования сол­нечной энергии. К сожалению, конструкции многих зданий не­пригодны для установки солнечного коллектора, так как не име­ют подходящей формы крыши или стены, к которым можно было бы его прикрепить; многие здания затенены или имеют непра­вильную ориентацию. Доновэн и Блисс применили отдельно стоящий коллектор в своем первом солнечном доме «Дезерт Грасслэнд Стейшн» в Амадо, шт. Аризона. Применение отдельно стоящей конструкции позволило создать коллектор с размерами, достаточными для 100%-ного теплоснабжения дома за счет сол­нечной энергии.

Можно привести несколько свежих примеров отдельно стоя­щих сооружений. Национальный научный фонд выступил ини­циатором переоборудования пяти школьных зданий. Для двух из них — средней школы округа Фокьер в Уоррентоне, шт. Вир­гиния, и младших классов средней школы «Норт-Вью» в Оссео, шт. Миннесота — были построены отдельно стоящие коллекторы. Сооружение в Уоррентоне достаточно велико, чтобы обеспечить место для аккумулятора и раздевалок для занятий физкульту­рой.

По контракту с ВМФ США Джерри Планкетт из фирмы «Ма- тириэл консалтантс, инк.», Денвер, шт. Колорадо, спроектировал и построил солнечную отопительную систему стоимостью 15 000 долл, для двух существующих жилых домов в Хоторне, шт. Невада (рис. 5.111). Каждый из двух коллекторов смонти­рован на своих собственных опорных конструкциях во дворе, отдельно от домов. Коллекторы, размером каждый 4,6x13,7 м, имеют наклон в 55° к горизонтали. Два слоя из прозрачной плен­ки «Милар» покрывают зачерненную теплопоглощающую по­верхность из проволочной сетки; воздух проходит через сетку и нагревается. Тепло передается воде через теплообменники и аккумулируется в двух баках емкостью до 8 м3 каждый, из кото­рых оно обратно передается воздуху в помещении при помощи калорифера с принудительной подачей воздуха.

Отдельно стоящие коллекторы применяются также и в новом строительстве. Коллектор площадью 420 м2 для жилищного объекта «Грасси Брук Вилледж» в шт. Вермонт обслуживает десять квартирных комплексов. Коллектор был построен отдель­но от домов по нескольким причинам: обеспечение свободы ар­хитектурного решения; возможность устройства оконных прое­мов в южных стенах домов для прямого использования солнеч­ной энергии; гибкость в определении параметров и конструктив­ном решении системы солнечного теплоснабжения.

Главным недостатком отдельной конструкции является стои­мость ее возведения, особенно, если она предназначена только для коллектора. Ее стоимость становится еще выше, если ее приходится приподнимать над землей во избежание занесения снегом, а в этом случае она высоко выступает вверх наподобие гигантского паруса, подвергаясь большим ветровым нагрузкам. Коллектор должен устанавливаться как можно ближе к земле сообразно снеговому покрову и должен быть недоступен для по­сторонних (но доступен для обслуживания и ремонта). Общая площадь отдельных коллекторов должна быть небольшой для уменьшения парусности.

В некоторых случаях, особенно в городах и пригородах, вы­сокая стоимость участков земли может быть причиной еще од­них крупных расходов. Однако поскольку коллектор не является частью ограждающей конструкции здания, соединения отдель­ных панелей необязательно должны быть герметичными, благо­даря чему снижается стоимость строительства. Например, дета­ли крепления прозрачного покрытия имеют уже меньшее значе­ние, что может дать возможную экономию.

Общий КПД системы с отдельно стоящим коллектром будет, по-видимому, несколько меньше, чем у сопоставимой системы, коллектор которой установлен на крыше или прикреплен к стене. В трубах или воздуховодах, соединяющих коллектор и здание, будут иметь место потери тепла. Эти теплоподводящие линии имеют немалую стоимость, поэтому коллектор должен разме­щаться как можно ближе к зданию. Потеря тепла с тыльной стороны коллектора (который, несмотря на наличие изоляции, все равно теряет значительное количество тепла) будет больше, потому что эта сторона открыта для обдува прохладным наруж­ным воздухом, тогда как в помещении эта поверхность имеет контакт со сравнительно теплым воздухом. Кроме того, в этом случае тепло теряется не в помещение, а наружу. При этом от­дельно стоящий коллектор ничего не добавляет к общей тепло­изолирующей способности фасада здания.

Однако в рассматриваемой компоновке есть и преимущест­ва. Отдельно стоящая конструкция дает возможность построить коллектор, который по размерам может быть намного больше коллектора, устанавливаемого на здании. Также обеспечивается большая свобода в архитектурном решении здания. По сути дела, южный фасад здания можно использовать как коллектор тепла (путем использования окон и термосифонных солнечных коллекторных панелей). Во многих проектных программах не всегда допускается использование южных фасадов в качестве солнечных коллекторов или даже окон. Действительно, многие стройплощадки могут не иметь достаточной инсоляции, чтобы иметь возможность встраивать коллекторы в здание. Например, цлощадка может быть затенена большими деревьями, соседними зданиями и сооружениями или же площадка может находиться на невыгодном северном, восточном или западном склонах.

Отдельно стоящий коллектор также обеспечивает большую свободу конструктивного решения. Он дает возможность приме­нять новаторские конструкции, например надувные и фокусиру­ющие устройства. Отдельно стоящая конструкция дает возмож­ность создать коллектор, который («следит» за Солнцем, т. е. меняет свою ориентацию и угол наклона: коллектор можно смон­тировать на конструкции, которая поворачивается либо автома­тически, либо вручную по мере движения Солнца по небосводу. Сам коллектор может быть установлен таким образом, что будет изменять свой угол наклона автоматически или вручную при вос­ходе или закате Солнца на небосклоне, или же в зависимости от времени года, когда Солнце перемещается низко над линией го­ризонта (зимой) или высоко (летом). Коллектор можно также устанавливать вертикально или даже с обратным наклоном с тем, чтобы он затенял сам себя с тем, чтобы уменьшить темпе­ратурное напряжение, когда он находится в нерабочем режиме. Поворотные коллекторы и автоматические следящие устройства, естественно, значительно удорожают систему по сравнению с применением обычных коллекторов.