Основные публикации по солнечной энергии

Дом МТИ-IV

Дом МТИ'-IV, построенный в конце 50-х годов, был подробно опи­сан Энгебретсоном и Эшером в работе [ 81. Он был исследован в тече­ние двух отопительных сезонов 1959/60 и 1960/61 гг. В качестве теплоносителя для коллектора и бака-аккумулятора использовалась
вода. Дополнительное отопление и горячее водоснабжение этого двух­этажного дома площадью 135 м2 обеспечивалось за счет дополнитель­ного источника энергии, работающего на жидком топливе. Специаль­но разработанная конструкция дома позволяла наиболее эффективно применить систему солнечного отопления. Коллекторы являлись со­ставной частью конструкции здания, которое имело минимальное от­ношение поверхности к объему. В то же время дом имел приятный внешний вид и удобную функциональную структуру. Коллектор был наиболее выделяющейся архитектурной особенностью (в отличие от денверского дома, где использовались сравнительно небольшие кол­лекторы, частично скрытые от глаз).

Схема системы показана на фиг. 12.4.1. Коллектор площадью 59,5 м2, обращенный к югу с наклоном 60°, имел два покрытия из стекла с низким содержанием железа, окрашенную в черный цвет алю­миниевую поглощающую поверхность и медные подъемные трубы и гидравлические коллекторы. С тыльной стороны коллектора находилась воздушная и фибергласовая изоляция. Характеристики этого коллек­тора: Fr = 0,86, а = 0,97 и UL ~ 3,97 Вт/(м2 • град). Емкость бака - аккумулятора составляла 5670 л. Расширительный бак емкостью 760 л

позволяет опорожнять коллекторную систему, когда она не использу­ется. Тепло от нагретой воды передается в помещение с помощью во - до-воздушного теплообменника. В систему дополнительного источни­ка энергии входит подогреватель на жидком топливе и бак емкостью 380 л, из которого нагретая до нужной температуры вода поступает в водовоздушный теплообменник. Для получения горячей воды воду из городской водопроводной сети пропускают последовательно через змеевики, находящиеся внутри бака-аккумулятора и бака дополнитель­ного подогревателя. Затем полученная горячая вода смешивается в соответствующей пропорции с холодной водой из водопровода для по­лучения желаемой температуры 60° С.

Регулирование работы насоса коллектора осуществлялось по разности температур, регистрируемой чувствительными элементами, размещенными на тепловоспринимающей пластине коллектора и в баке-аккумуляторе. Поскольку предусматривается возможность опо­рожнения коллектора в период, когда он не используется, то систе­ма регулирования допускает небольшой перегрев коллектора перед его пуском в работу, а также некоторое запаздывание ответной теп­ловой реакции чувствительного элемента коллектора вследствие теп­ловой инерции датчика, чтобы избежать мгновенного отключения при заполнении коллектора холодной водой.

Регулирование теплового режима в помещении осуществлялось с помощью двухступенчатого термостата. Как только температура в комнатах снижалась, включался насос теплообменника (и циркуля­ционный вентилятор) для отбора тепла от бака-аккумулятора. Если температура продолжала падать, например, когда накопленной сол­нечной энергии было недостаточно для обеспечения тепловой нагруз­ки, то срабатывал автоматический клапан, создавая циркуляцию го­рячей воды не через основной, а через дополнительный бак.

Эти режимы работы несколько отличаются от соответствующих режимов работы системы воздушного отопления, поскольку участок системы коллектор — аккумулятор регулируется и работает незави­симо от участка системы аккумулятор - нагрузка. Таким образом, в соответствии с классификацией разд. 12.2 система работает в 'ре­жиме А асякий раз, когда энергии поступающего на коллектор излу­чения достаточно, чтобы передать полезную энергию теплоносителю при температуре воды в нижней части бака-аккумулятора.

Режим В в этой системе не осуществляется. Режим С имеет мес­то в том случае, когда теплоснабжение необходимо и в баке-аккуму­ляторе запасено необходимое для этого количество тепла; в этом слу­чае осуществляется первая стадия регулирования с помощью термо­стата, находящегося в помещении. По сигналу второй ступени термо­стата система переходит в режим работы D, когда тепловая энергия поступает от дополнительного нагревателя.

С помощью размещенных в доме приборов были проведены изме­рения соответствующих температур и расходов в функции времени, что позволило расчетным путем определить балансы энергии в функции времени как для всех компонентов системы, так и для системы в це­лом. Эти балансы были обобщены для получения интегральной произво­дительности системы за отопительный сезон. Результаты настоящих экспериментов приведены на фиг. 12.4.2 и 12.4.3. На фиг. 12.4.2 приведены эксплуатационные характеристики коллектора, а на

данные за отопительный сезон октябрь 1959 г. - апрель

1960 г.; данные за отопительный сезон октябрь 1960 г. -

март 1961 г.; 1 - полная тепловая нагрузка; 2 - доля полной тепло­вой нагрузки, обеспечиваемая за счет солнечной энергии; 3 - доля отопительной нагрузки, обеспечиваемая за счет солнечной энергии;

4 - полная нагрузка по горячему водоснабжению; 5 - доля нагрузки по горячему водоснабжению, обеспечиваемая за счет солнечной энер­гии; 6 — отопительная нагрузка.

фиг. 12.4.3. - обобщенные данные о тепловых нагрузках дома, характеризующих интегральные потребности в энергии для отоп­ления помещения и обеспечения его горячей аодой, а также относи­тельную роль солнечной и дополнительной энергии в удовлетворении этих потребностей. Из графиков видно, что во время отопительного сезона 1960/61 г. погода была значительно лучше, чем во время пре­дыдущего сезона, и поэтому количество тепла, полученное за счет солнечной энергии для удовлетворения тепловых потребностей дома, в этот период было значительно больше.

В табл. 12.4.1 представлены проинтегрированные за два отопи­тельных сезона количества энергии, потребовавшиеся для удовлетво­рения нужд дома МТИ-IV.