Энергия

ПОГЛОЩЕНИЕ ТЕПЛА

Циркуляция воздуха или воды осуществляется в термосифон­ных солнечных панелях естественным путем без таких вспомо­гательных источников энергии, как, например, вентилятор, или насос. Этот принцип очень важен для понимания этого по су­ществу простого и в то же время требующего правильного под­хода метода использования солнечной энергии. При нагреве солнечными лучами воздуха или воды происходит их расшире­ние и подъем вверх по коллектору. Это движение влечет за со­бой замещение этих объемов более прохладным и плотным воз­духом или водой из аккумулятора солнечного тепла или из здания.

Простейший вид термосифонных солнечных коллекторов по­казан на рис. 3.1. При использовании большого числа таких коллекторов прохладный воздух в помещении затягивается под основание стены, нагревается и затем выпускается из ее верх­ней части.

Наиболее значительные исследования в области пассивного использования солнечной энергии, в частности термосифонных коллекторов, проводятся в Национальном центре научных ис­следований под руководством директора центра проф. Феликса Тромба. Лаборатории центра размещены в получившем широ­кую известность здании, так называемой «Солнечной печи» в г. Одейо, Франция. Само это здание является прекрасным при­мером использования солнечной энергии для отопления поме­щений в объеме большого здания на основе предельно простых принципов при отсутствии движущихся частей. На рис. 3 2 по­казан восточный фасад здания. Северная сторона здания вогну­та по форме параболического рефлектора, фокусирующего сол­нечные лучи, поступающие параллельным потоком от зеркаль­ных гелиостатов, размещенных па склоне холма к северу от здания. Гелиостаты Поворачиваются за солнцем и отражают лу­чи на параболический рефлектор. Другие стены здания центра представляют собой сочетания окон и пассивных термосифон­ных солнечных коллекторов, от которых это девятиэтажное зда­ние получает примерно половину тепла на отопление. В конст­рукции солнечных коллекторов черные волнистые металлические панели располагаются за стеклами, покрывающими восточные, южные и западные стены здания. Схема коллектора представ­лена на рис. 3.3. Солнечная радиация проникает через стекло и попадает на поверхность волнистой металлической панели, кото­рая находится в объеме, ограниченном стеклами и воздуховодом. По мере нагрева металла нагревается и воздух между поглощаю­щей панелью и стеклом. Нагреваясь, воздух поднимается вверх и через отверстие поступает в помещение. Одновременно более прохладный комнатный воздух засасывается через то же отвер­стие и опускается вниз между обратной стороной поглотителя и воздуховодом. На рис. 3.4 показан внешний вид окон и коллек­тора.

Специальное оборудование для хранения тепла в этой систе­ме предусматривалось. Роль аккумулятора солнечной энергии исполняла масса са­мого здания (особенно бе тонных перекрытий). Из от­четов следует, что темпера­тура в служебных помеще­ниях и лабораториях под­держивается на достаточно

Рис. 3.1. Естественное термоси­фонное движение воздуха через солнечные коллекторы

/—теплый воздух, 2 — прохладный роздух

постоянном уровне. Даже в феврале дополнительное тепло тре­буется только ночью и в облачные дни.

Погодные условия в Одейо особенно благоприятны для такой конструкции. Почти 90% дневных часов в течение года являются солнечными. В летние месяцы температура сравнительно невы­сока. Это позволяет использовать ориентированные на восток или запад коллекторы, которые в жарком климате сильно пере­гревают большинство зданий. Кроме того, в отличие от многих больших зданий здесь нет круглогодичной нагрузки на конди­ционирование, обеспечение которой могло бы потребовать при­менения солнечных коллекторов, способных нагревать теплоно­ситель до более высоких температур для приведения в действие абсорбционного холодильного оборудования. Поэтому эта систе­ма является удачным прототипом крупномасштабных пассивных систем.

Как показали расчеты, в стене между поглотителем и внут­ренним пространством помещения не требуется никакой изоля­ции (рис. 3.5), Однако для уменьшения потерь тепла ночью, когда стена должна быть достаточно изолирована, с внешней стороны остекления можно ставить изолирующие ставни. На рис. 3.6 и 3.7 показаны раздвижные ставни, расположенные с на - • ружной стороны здания. Промежуток между двумя прозрачны­ми слоями (стекло или пластик) можно заполнить шариками из

полистирола; в этой конструкции «Бидуолл» фирмы «Зоумуоркс корпорейшн» шарики удаляются утром, открывая путь солнцу, и заполняют пространство ночью, обеспечивая изоляцию.

Обычный «плоский» поглотитель необязательно в термосифон­ных коллекторах должен иметь вид плоского металлического листа. В разделе о коллекторах воздушного типа в последней части книги рассматривается ряд альтернативных вариантов стандартному плоскому металлическому листу. Вариант, рас­смотренный здесь, представлен на рис. 3.6, где поверхность поглотителя есть поверхность реальной стены, в данном случае со втопленной в бетон зачерненной каменной крошкой.

Поверхность поглотителя, разработанного Джимом Петерсо­ном и Марком Томсеном из фирмы «Боулдер энд Джерри Планкетт», г. Денвер, выполнена из алюминиевых жестянок из-под содовой воды и пива, подрезанных до высоты 50,8 мм, которые прикреплены к листу фанеры. Все устройство окраше­но в черный цвет и покрыто пластиком или другим прозрачным материалом. На каждый квадратный фут (0,092 м2) коллектора требуется примерно 10 жестянок. На рис. 3.8 показан вариант этой конструкции, где жестянки разрезаны пополам и прикреп­лены к стандартной фанерной обшивке обычных каркасных домов.

1 — потолок, 2 — теплый воздух 3 — прохладный воздух 4 — пол, 5 — раз движные ставни 6 — зачерненная теп лопоглощающая поверхность с камен ной крошкой

Рис 3 7 Вид в плане вертикаль­ного термосифонного солнечного коллектора с раздвижными изо­лирующими ставнями и теплоак­кумулятором в виде бетонной сте­ны

1 — бетонная стена 2 — стекло 3 — ко­зырек 4 — зачерненная поверхность теплоприемника 5 — приточная каме­ра для нагретого солнцем воздуха в — раздвижные изолирующие ставни 7 — внутреннее помещение

Для обеспечения затенения летом, изоляции ночью и тер- мосифонирования нагретого солнцем воздуха можно между двумя слоями остекления с промежутком несколько дюймов установить подъемные жалюзи (рис 3 9), сохраняющие хороший обзор из окна. Одна сторона жалюзи должна быть окрашена в черный цвет, другая покрыта отражающей серебряной крас­кой. Жалюзи могут иметь много различных положений и функ­ций (рис 3 10).

Выбрать подобные жалюзи можно на сайте жалюзи-проем.kiev.ua - здесь огромный выбор разных типов жалюзи.

1. Чтобы обеспечить прямое поступление солнечного тепла в помещение, жалюзи поднимаются наверх, открывая макси­мальный доступ солнечным лучам.

2. Их можно оставить в развернутом положении, повернув пластинки так, чтобы они были параллельны лучам света

3. Для контролируемого поступления солнечного тепла жа­люзи находятся в развернутом положении и слегка повернуты черной стороной к солнцу: благодаря этому внутрь поступает некоторое количество света и тепла.

£>ис 3 8. Недорогой кол­лектор воздушного типа, смонтированный на на­ружных стенах

/__ внутренний отделочный

слой, 2 —изоляция. 3 — каркас стены (2X4), 4 —фа­нера, окрашенная в черный цвет, 5 — рама солнечного коллектора (2X4) 6 •— стек­

ло или пластмасса, 7 — рас порка, 8 — полонинки кон Серовых банок прикреплены к фанере и окрашены в черный цвет, вокруг них циркулирует и нагревается воздух

Для повышения эффективности работы системы, обеспечения регулирования движением воздуха и создания небольшой при­точной вентиляции к выходному (или входному) концу коллек­тора можно добавить вентилятор (рис. 3.11). Вентилятор можно также использовать для подачи воздуха в другие части здания, например, в помещения на северной стороне. Таким образом, при правильном сочетании функций окон и солнечных коллекто­ров можно одновременно обогревать как помещения на солнеч­ной стороне (используя окна), так н помещения в затененной части (используя вентиляторы для подачи нагретого солнцем воздуха).

Для регулирования воздушного потока ппоіда могут требо­ваться заслонки (имеется в виду возможность возникновения

охлаждающего эффекта вследствие обратной циркуляции). Это проис­ходит, когда нет солппа и воздух в коллекторе в результате теплопе­редачи и радиационных потерь теп­ла наружу охлаждается. По мере охлаждения воздух опускается по поверхности поглотителя п поступа­ет в помещение, затягивая за собой теплый комнатный воздух через верхнюю часть коллектора (рис. 3.12).

Рис 3 9. Солнечное коллекторное устройст­во с регулируемыми подъемными жалюзи

/ — позиция 4. 2— черное покрытие, 3 — посере бренное покрытие, 4 — к тепловому аккумулятору ион в северную часть здания 5 — теплый воздух в помещение, 6 — жалюзи подъемного типа 7— стекло или пластмасса, 8 — прохладный воздух из помещения, 9 — от теплового аккумулятора или из северной части здания

Рис 3 10 Другие пять позиций регулируе­мых жалюзи в солнечном коллекторном устройстве

1 — черное покрытие, 2 — посеребренное покры - п е. позицию А см на рис 3 9

1 — вентилятор, 2 — более узкий воздушный промежуток, чем при отсутствии вентилятора, 3— теплый воздух, 4 — прохладный воздух

Рис 3 13 Использование тер­мосифонного эффекта для вен­тиляции за счет естественной конвекции

1 — теплый воздух, 2 — заспонки, 3 — прохладным воздух

Режим охлаждения, естественно, благоприятен в теплые лет­ние ночи, по, конечно, неприемлем зимой. При помощи таких заслонок также контролируется перегрев помещений в теплую и жаркую погоду. При правильных конструктивных решениях, с их помощью можно регулировать естественную вентиляцию зда­ний, как показано на рис 3.13 Прохладный воздух может авто­матически засасываться в здание при помощи «дымоходной» системы вытяжки, которую создает поток нагретого солнцем воз­духа.

Во всех случаях заслонки могут иметь ручное или автома­тическое регулирование в соответствии с внутренними и наруж­ными условиями. Они могут также открываться и закрываться под действием давления, создаваемого вентилятором. На рис. 3 14 заслонку в действие приводит естественное давление

а — заслонка открывается за счет перепада давления; б — заслонка закрывается при повышении давления воздуха в помещении; І — заслонка; 2 — теплый воздух; 3 — про­хладный воздух воздуха. В системах солнечного воздушного отопления заслон­ки должны иметь простую конструкцию и легко регулироваться. Они должны также плотно закрываться, и их количество долж­но быть как можно меньше.