Энергия

НАКЛОННЫЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Простые системы необязательно должны представлять со­бой вертикальные коллекторы. Например, в здании, часть кото­рого показана на рис. 3.39, используются как окна, так и на-

клонный коллектор воздушного типа. Удачная разработка этой идеи была осуществлена фирмой «Зоумуоркс корпорейшн» (рис. 3.40, здание фирмы видно на заднем плане). При эксплуа­тации этой простой и в то же время продуманной системы пол­ностью исключается применение в каком-либо виде механичес­кой энергии. Воздух нагревается в коллекторе и поднимается вверх (рис. 3.41). По мере своего подъема воздух приходит в соприкосновение и проникает через шесть слоев окрашенной в черный цвет цсльнорешетчатой металлической сетки. При этом температура воздуха повышается.

За счет естественной конвекции теплый воздух поступает в большой бункер, заполненный камнями размером с кулак. Бункер с камнями размещен под крыльцом и под домом. Пере-

Рис. 3.39. Наклонный термосифонный солнечный коллектор в сочетании с окнами

/ — теплый воздух; 2 — солнечный коллек­тор; 3—желоб для сбора дождевой во­ды; 4 — холодный воздух

Рис. 3.40. Термосифонный воздуш­ный коллектор в Альбукерке, шт. Нью-Мексико, разработан фирмой «Зоумуоркс корпорейшн»

1 — воздуховод для теплого воздуха в по­мещение; 2 — булыжники; а—бункер с камнями; 4—покрытие из листового стек­ла; 5 — шесть слоев сетки из цельноре­шетчатого металла: 6 — нагреваемый воз­дух; 7 — решетчатый поддон; 8 — холод­ный воздух; 9 — обратный воздуховод для холодного воздуха; 10— солнечный кол­лектор

Рис. 3.42. Проект дома с галечным аккумулятором тепла и замкнутой системой воздушного потока (разрез и план). Разработан Джонатаном Хаммондом [11

1 — вентиляционное отверстие для летнего режима эксплуатации; 2 — коллектор со* стеклянным покрытием; 3 — чердак; 4 — поток воздуха; 5 — бункер с камнями; 6 — ванная; 7 — спальня; 8 — жилая комната; 9 — камин; 10 — кухня

Дав тепло камням, воздух охлаждается и поступает сначала через решетчатый поддон в обратный воздуховод для холодного воздуха, а потом в основание коллектора, где снова нагревается.

Зимой, когда в дом необходимо подавать теплый воздух, от­крываются заслонки, допуская холодный воздух помещения в канал под бункером с камнями (на схеме он не показан), где он нагревается от камней, а затем вновь поступает в дом.

На рис. 3.42 показана еще одна схема естественной конвек­ции воздуха с использованием воздушных коллекторов и акку­муляторов тепла с камнями. Поток воздуха из аккумулятора в коллектор проходит через дом. Конструкция камина и дымо­хода предусматривает дополнительную возможность аккумули­рования тепла. Летом открытое вентиляционное отверстие в верхней части аккумулятора способствует возникновению естест­венной вентиляции воздуха в доме ночью. При этом происходит охлаждение камней аккумулятора для обеспечения дневного ре­жима охлаждения.

Другим примером «пассивной» технологии является дом, спроектированный Гарольдом Хэем из фирмы «Скай терм проусессиз энд инджинииринг» (Лос-Анджелес), который нахо­дится в Атаскадеро, шт. Калифорния (рис. 3.43). Солнечный коллектор этого одноэтажного дома скорее горизонтальный, чем вертикальный или наклонный. На плоской крыше лежат большие черные пластиковые маты, наполненные водой (рис. 3.44). Маты толщиной около 200 мм содержат 26,5 м3 не­проточной воды. Теплоемкость такого слоя воды эквивалентна теплоемкости слоя бетона толщиной 400 мм, а масса ее равна массе 100-мм бетонной плиты. Сейсмостойкая стальная кровля имеет размеры 16x11 м. Днем маты с водой открыты для на­грева солнечными лучами. На ночь маты для предотвращения их охлаждения ночным воздухом закрываются изолирующими панелями, которые надвигаются при помощи алюминиевых зуб­чатых направляющих. Поэтому тепло передается в основном вниз, нагревая металлический потолок дома (рис. 3.45). Раз­движные «ставни» изолированы 50-мм слоем пенополиуретана. Двигатель мощностью 180 Вт реагирует на сигнал термостата и, работая всего две минуты утром и вечером, передвигает изоля­ционные панели по рейкам. Они перемещаются из положения поверх матов с водой на крыше в положение над гаражом или внутренним двориком, складываясь по секциям в три слоя (рис. 3.46). Их можно передвигать и вручную. Летом осущест­вляется обратная операция: днем изолирующие ставни закрыва­ют маты, защищая их от горячего солнца. На ночь они откаты­ваются назад, и черные маты излучают тепло в прохладный ночной воздух с тем, чтобы днем охлаждать помещение внизу. На рис. 3.47 показаны различные режимы работы.

В Иране Хзй видел приспособление для получения льда, из­вестное под названием йак-хал. Многие века кочевники приме-

няют йак-хал для изготовления льда, используя процесс излуче­ния тепла в ночной воздух. Лед хранится в сооружениях, похо­жих на ульи. Можно было получать лед в темных сосудах, когда температура окружающего ночного воздуха достигала 9° С. Этот же принцип положен в основу процесса охлаждения жилища, разработанного Хэем. Он подчеркивает, что «более 60% бытового потребления энергии в районе Лос-Анджелеса можно было бы удовлетворить за счет солнечной энергии или излучения ночного неба. Потенциальная экономия энергии мо­жет составить 70%, если использовать в системе и солнечные водонагреватели».

В предварительной работе, проведенной в Финиксе, шт. Ари­зона, Гарольд Хэй и Джон йеллотт исследовали эту систему естественного кондиционирования воздуха. В диапазоне темпе­ратур окружающего воздуха от отрицательных до 45° С система поддерживала температуру в помещении в интервале 20—28° С в течение года обычной погоды в Финиксе без дополнительного отопления или охлаждения. На рис. 3.48 показано поперечное сечение первых потолочных бассейнов Хэя. Для дома в Атаска­деро характерно применение в качестве емкостей для воды пластиковых матов.

Работа Хэя в Атаскадеро проводится в сотрудничестве с группой по исследованию солнечной радиации и излучения ночного неба в Школе архитектуры Калифорнийского политех­нического университета в Сан-Луис-Обиспо, шт. Калифорния. Группа, руководимая проф. Кеннетом Хаггардом, выполнила разработку архитектуры, конструктивной части, содержания и ремонта, провела оценку тепловых и акустических характери­стик, экономики и реакции жильцов. Министерство жилищного строительства и городского развития США выделило 40 000 долл, на проведение этой работы. В течение первого года эксплуатации комфорт в доме поддерживался без какого-либо другого источника энергии, кроме солнечной радиации и излу­чения ночного неба. Система Хэя наиболее эффективно работа­ет в широтах между 35° ю. ш. и 35° с. ш., где Солнце находится высоко на небосводе и где зимы весьма умеренны, а отрица­тельные температуры редки.

Система естественного кондиционирования воздуха может устанавливаться, эксплуатироваться и ремонтироваться сравни­тельно неквалифицированными людьми. Она не требует двига­телей, компрессоров, конденсаторов, газоводов, не требует она также специальных материалов, кроме тех, которые необходи­мы в современном строительстве. Естественное кондициониро­вание воздуха обеспечивает мягкий и равномерный комфорт без шумового фона, сквозняков или распространяющей инфекцию циркуляции воздуха.

«Ирония заключается в том, что высокоразвитая страна теперь разрабатывает систему, обладающую наибольшими до-

Рис 3 47 Различные режимы эксплуатации дома Гарольда Хэя с есте­ственным отоплением и охлаждением

а — отопление зимой, б — охлаждение летом; 1 — подвижные изолирующие став­ни, 2 — металлический потолок, 3 — здание

Рис 3 48 Плоские солнечные колекторы на крыше дома в шт Аризона, проект Гарольда Хэя и Джона Йеллотта if2]

/_ изоляция; 2 —балка, 3 — направляющие, 4 — вода, 5 —облицовка, 5 —дере вянная опора размером 50X75 мм, 7 — металлический лист, 8 — частичный разрез бассейна на крыше; 9 — открытый бассейн, 10 — прозрачное покрытие, 11 — затоп­ленный мат; 12 — колесо; 13 — балка, 14 — опоры, 15 — поперечное сечение бас­сейнов на крыше

стоинствами для развивающихся стран», — говорит Хэй. — «Там, где не требуется поддерживать комфортные условия в уз­ких пределах, можно использовать подвижную изоляцию без бассейнов на крыше, причем более простыми и дешевыми спо­собами. Такие средства могут улучшить здоровье и производи­тельность труда людей. Для целей, имеющих больший приори­тет, более дорогие бассейны на крышах могут заменить импор­тируемые в настоящее время устройства для регулирования температуры, за исключением ситуаций с большими вентиляци­онными потребностями, например в театрах. Естественное кон-

диционирование воздуха имеет важные преимущества для боль­ниц и клиник в развивающихся странах».

Модифицированный вариант концепции «Скай Терм», пред­ставленный на рис. 3.49, был спроектирован для условий Дэви­са, шт. Калифорния. Подвижные рефлекторы, являющиеся так­же изоляторами, открыты в течение солнечных зимних дней и закрыты ночью и в облачную погоду. Летом маты с водой открыты прохладному ночному небу. При этом за счет радиаци­онного теплообмена вода охлаждается, забирая тепло из внут­ренних помещений, накопленное в течение дня, обеспечивая таким образом в доме прохладу.

На рис. 3.50 показан другой вариант разработки Гарольда Хэя. Он осуществлен д-ром Гарри Томасоном из Вашингтона, округ Колумбия. Вместо применения подвижной изоляции, за­крывающей бассейны на крыше, здесь использован принцип, в котором вода самотеком поступает в подвальный резервуар, заполненный также камнями размером с кулак. Зимой вода на­сосом подается на крышу, если светит солнце, а если солнца нет, то сливается в резервуар. Нагретая солнцем вода нагрева­ет камни аккумулятора, который обогревает дом теплом, посту­пающим в помещение через бетонный пол. Когда вода поднята на крышу, процесс отопления обеспечивают нагретые камни. Летом воду можно подавать насосом на крышу ночью, чтобы она там охладилась, с тем, чтобы нагревать ее потом в дневное время, в процессе охлаждения помещения.