Применение солнечной энергии

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ

За последние 40 лет была неоднократно продемонст­рирована возможность по крайней мере частичного отопления зданий за счет солнечной- энергии. Критерии, положенные в основу решения проблемы собирания, ак­кумулирования и распределения солнечной энергии, впервые предложенные в 1949 г. Телкес [1], несколько изменились с тех пор, поскольку с ростом числа уста­новок накапливался практический опыт. Вначале осо­бое значение придавалось собиранию солнечной энер­гии в зимний период. В дальнейшем усилия были на­правлены на то, чтобы как можно более эффективно использовать диффузное излучение.

Целью инженерной практики всегда являлся надеж­ный, экономичный и простой коллектор, но анализ боль­шого числа солнечных установок показывает, что очень немногие из них могут удовлетворить всем трем крите­риям.

Огромные усилия в научно-исследовательской рабо­те были направлены на решение проблемы аккумулиро­вания солнечной энергии, получаемой в летнее время, Для использования ее в последующий зимний перпо Принцип применения очень большого, хорошо изолиро­ванного бака-аккумулятора, расположенного под зда­нием, был описан Хоттелем и Вертцем в 1942 г. [2], однако их замечание о том, что устройство оказалось в высшей степени неэкономичным, в значительной сте­пени повлияло на направление работ по исследованию аккумулирующих систем на протяжении следующих Двух десятилетий. В настоящее время более полно изу­чено влияние широты и радиационных климатических характеристик местности. Первоначально считалось, 5—1240 65

что с экономической точки зрения оправданно дел! запас энергии только на несколько дней, так что* полученную во время ясных зимних дней солнечні энергию можно было использовать в последующий! риод облачной погоды; во всяком случае в района;* значительным приходом солнечной радиации в зима* время это возможно. Однако в нескольких солнечна домах были достигнуты более длительные, ВПЛОТЬ!| нескольких месяцев, периоды хранения энергии, прпче) благодаря химическим методам аккумулирования, впа вые предложенным Телкес, можно существенно уме шить общий объем аккумулятора. Кроме того, Тел! обратила внимание на то, что нужна управляемая та морегулятором распределительная система, простая удобная в эксплуатации и не создающая жителям щ полнительных трудностей, а также на то, что пела допускать перегрева здания, особенно в условиях бья ро меняющейся погоды в весенне-осенние период и необходимо, чтобы система солнечного отопления 1 в коем случае не обогревала помещение летом; при эта требуется, чтобы температура в хорошо изолированна аккумуляторе для межсезонного хранения энергии j стигала максимально высокого уровня, возможного п] использовании. водяного или1 каменного аккумулятор Термин «солнечный дом» впервые стал хорошо I вестей в США в 30-е годы, когда начали примени большие обращенные к югу окна, чтобы косые лучи ни кого зимнего солнца могли проникать внутрь комна!

[3] . Было отмечено, что при этом удавалось эконом^ топливо в течение дня, однако запасать солнечную эна гию было невозможно, а в ночное время и в перноді облачной погоды тепловые потери были настолько й? лики, что экономия топлива в продолжение всего ОТОІІ тельного сезона оказывалась относительно малфі Чтобы получить количественные данные по экономь топлива за счет использования солнечной энергии, в Лі фаетском университете под руководством профессор' Хатчинсона были построены два одинаковых домі [4, 5, 6]. Оба дома имели герметичное двойное остет ление оконных проемов, но обычный дом имел окн; стандартных размеров, в то время как южная сторон* солнечного дома представляла собой застекленную її верхность большой площади. Оба дома обогревались! помощью электричества и температурный режим в нй

был идентичным. Самым удивительным и неожиданным результатом, полученным в этих опытах, явилось то, что солнечному дому в течение испытательного периода де­кабрь-январь, потребовалось примерно на 16% боль­ше тепла, чем традиционному. Очевидно, что солнечные окна большей площади способствовали потере больше­го количества тепла в ночное время и в периоды об­лачной погоды. Если бы дома были заселены, то, веро­ятно, наличие '-.яжелых штор, задергивающихся на ночь, могло заметно изменить результаты.

С этого момента исследования по применению сол­нечного отопления непрерывно развивались. Работы, начатые Кэботом в Массачусетском технологическом институте (МТИ), привели в 1940 г. к строительству солнечного дома I, а в дальнейшем к созданию серии различных солнечных домов. Профессор Лёф из Коло­радского университета был первым экспериментатором, применившим солнечные воздухонагреватели с суммар­ной площадью коллектора, равной приблизительно од - •ИОЙ трети площади крыши, нагретый воздух из кото­рых направлялся либо непосредственно в комнаты, либо в теплоаккумулирующий бункер, заполненный галькой. Емкость этого аккумулятора соответствовала количест­ву энергии, необходимой для отопления дома в течение одних суток; в результате в течение первого сезона в 1946 г. было сэкономлено приблизительно 20% топли­ва, необходимого для обогрева дома [7, 8]. Спустя 30 лет, к началу 1976 г., число зданий с солнечным отоплением, которые были построены после 1940 г. или находились в процессе строительства, превысило 200. Отчет Шарклиффа, выпущенный в марте 1975 г. [9], содержал подробное описание более 100 таких зданий в США и около 20 в других странах. К 1976 г. в Вели­кобритании благодаря увеличивающейся поддержке официальных правительственных учреждений было по­строено около двадцати зданий с солнечным отопле­нием.

Различные жилые дома и другие здания, описание которых приведено в следующих разделах, выбраны так, чтобы показать историю развития солнечного отоп­ления. Описание начинается с разработок, выполнен­ных в США, где эти работы начались раньше, чем в других странах, далее даются примеры, относящиеся к нескольким другим странам.