Основные публикации по солнечной энергии

Денверский солнечный дом

Денверский дом, построенный в 1958 —1959 гг., был подробно описан в двух работах Лёфа, Эл-Вейкила и Чиу [ 10, 11]. Данный раз­дел представляет собой сокращенное изложение упомянутых работ. Отопительная система дома оснащена воздухонагревателем, галеч­ным аккумулятором и газовым подогревателем в качестве дополни­тельного источника энергии. Дом имеет полезную площадь -195 м2 при площади фундамента -102 м2. Здание имеет современную кон­струкцию, большие окна и плоскую крышу. Расчетное значение теп­ловой нагрузки составляет 114500 кДж/ч при температуре окружа­ющей среды -18°С и скорости ветра 3,9 м/с.

Схема системы отопления показана на фиг. 12.3.1. Коллекторы установлены на плоской крыше в два ряда под углом 45°. Каждый ряд имеет номинальную площадь 27,9 м2 при общей площади коллек­тора 55,8 м2. С учетом площади рам коллектора и других конструк­тивных деталей полезная площадь коллектора составляет 49,2 м2. Конструкция коллекторов, имеющая перекрывающие друг друга стек­лянные тепловоспринимающие пластины, описана в гл. 7. Поток воз­духа последовательно проходит через два модуля, сначала через мо­дуль с одинарным остеклением, а затем — через модуль с двойным остеклением.

В качестве рабочего тела в аккумуляторе применяется галечная насадка массой 10,64 т со средним диаметром гальки 2,5—3 см и

удельной теплоемкостью 0,75 кДж/(кг * град). Насадка размещается в даух цилиндрических трубах диаметром 0,9 м и высотой 5,5 м. Че­рез одну из аккумулирующих труб проходит воздушный канал, соеди­няющий коллекторы на крыше с размещенным в подвале оборудованием.

Часть полезной энергии используется для нагрева воды на быто­вые нужды в водовоздушном теплообменнике, служащем в качестве первичного подогревателя. Затем вода догревается до нужной тем­пературы в обычном подогревателе, работающем на природном топ­ливе. Остальные основные элементы системы показаны на фигуре.

К ним относятся: вентилятор, газовый подогреватель, заслонки, рас­ходомеры холодного и горячего воздуха и т. д.

Приход солнечной радиации регистрировался термометром со - : противления, установленным на черной пластине, расположенной над одним из коллекторов параллельно ему. Этот датчик имел такую же j термическую чувствительность, как и черная пластина в коллекторе. Другой термометр сопротивления был установлен на выходе ( в дан­ном случае в верхней части) аккумулятора, с тем чтобы по достиже­нии соответствующей разности температур, фиксируемых даумя тер­мометрами сопротивления, можно было открывать или перекрывать поток воздуха перед коллектором.

Установленные в комнатах термостаты подают управляющие сигналы к заслонкам, регулирующим расход воздуха из коллекторе или из аккумулятора в помещение. Если по истечении -10 мин после подачи воздухв от коллектора или от аккумулятора в комнате не ус­тановятся условия, заданные термостатом, включается отопительный газовый подогреватель. При работе коллекторов нагреваемый воздух поступает либо в дом, либо в аккумулятор.

В этой системе предусмотрены четыре режима работы (и их ком­бинации), описанные в предыдущем разделе:

Режим А. Если потребность в тепле отсутствует, а уровень сол­нечной радиации достаточно высок и может обеспечить достаточно эффективную работу коллектора, то заслонки о, и г должны быть от­крыты, а заслонки бив закрыты. Поток воздуха от коллектора по­ступает в первичный подогреватель воды, затем к вентилятору и че­рез аккумулятор возвращается в коллектор.

Режим В. Если потребность в тепле для дома может быть пол­ностью удовлетворена за счет солнечной энергии, то заслонки а и е открыты, а заслонки б и г закрыты. Поток воздуха от коллектора поступает в помещение через первичный подогреватель воды, вен­тилятор, газовый подогреватель, расходомеры горячего воздуха, а затем из помещения возвращается в коллектор. Следует отметить, что в этом режиме часть тепла для нагрева воздуха может посту­пать от газового подогревателя в случае, если солнечной энергии недостаточао для удовлетворения тепловой нагрузки дома.

Режим С. При отоплении дома от аккумулятора заслонки б и« открыты, а заслонки а и г закрыты. Поток воздуха, отдав тепло в помещении, движется сверху вниз через аккумулятор, вентилятор, газовый подогреватель и через расходомеры горячего воздуха попадает снова в помещение.

Режим D. Если потребности в тепле удовлетворяются полностью за счет дополнительного источника энергии, то этот режим отличает-

Баланс энергии солнечного лома в Денвере за отопительный сезон 1959/ 60г. ЦП

Всего

Полное количество энергии солнечной радиации, посту­пившей на 55,8 м2 коллекторов, 106 кДж 239,34

TOC o "1-5" h z Полное количество энергии солнечной радиации, посту­пившей на 55,8 м2 коллекторов в период работы систе­мы, 106 кДж 170,2

Поглощенная полезная тепловая энергия, 106 кДж 58,78

К. П.Д. коллектора, % 34,6

Количество тепловой энергии солнечного излучения, за­пасенной в трубах-аккумуляторах, 106 кДж 27,?6

Количество тепловой энергии солнечного излучения, пе­реданной в первичный подогреватель воды, 106 кДж 4,17

Количество тепловой энергии, полученной за счет сжи­гания газа для отопления, 106 кДж 149,63

Количество тепловой энергии, полученной за счет сжи­гания газа для нагрева воды, 106 кДж 21,55

Полная тепловая нагрузка, 106 кДж 230

Доля полезной тепловой энергии, обеспеченной за счет солнечной радиации, которая затрачивается на первич­ный подогрев воды, % 7,1

Доля полной нагрузки горячего водоснабжения, обеспе­ченная за счет солнечной энергии, % 16,2

Доля тепловой нагрузки дома, обеспеченная за счет сол­нечной энергии (включая первичный подогрев воды без учета дополнительного нагрева воды), % 28,2

Доля тепловой нагрузки дома, обеспеченная за счет сол­нечной энергии ( с учетом как первичного подогрева, так и последующего дополнительного нагрева воды), % 25,7

ся от режима С только тем, что газовый подогреватель включен. Та­ким образом, можно либо дополнять энергию, запасенную ранее в ак­кумуляторе, за счет энергии сгорающего газа, либо отапливать дом только с помощью газового подогревателя.

Результаты измерений характеристик работы рассмотренной сис­темы за отопительный сезон 1959/60 г. были опубликованы. Они вклю­чали измерения температур и расходов воздуха, температур аккуму­лятора, классификацию режимов работы и определение расходов га­за на отопление дома и нагрев воды. На основе этих данных были суммированы количественные показатели расхода энергии для раз­личных элементов системы за месячный период и полный отопитель­ный сезон. Составленная Лёфом табл. 12.3.1 иллюстрирует годовой баланс энергии для дома в Денвере. На фиг. 12.3.2 приведены ре­зультаты обобщения тепловых нагрузок системы за отопительный сезон, а на фиг. 12.3.3 показано балансовое распределение энергии приходящей на коллектор солнечной радиации.

Все эти данные касаются исключительно теплоэнергетических аспектов без учета вопросов стоимости и оптимальности размера коллектора для этого дома. Проведенный ранее анализ показывает.

что оптимальная доля солнечной энергии в полном тепловом балан­се составляет 1/2— 3/4. Годовая часть нагрузки, равная 1/4, кото-* ран обеспечивается за счет солнечной энергии в денверском доме, значительно ниже оптимального значения для полномасштабной ус­тановки. Однако эта система устойчиво проработала с 1959 г., не требуя особого ухода, что является убедительным свидетельством ее надежности.