Применение солнечной энергии

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИХ СТРАНАХ

Франция. Французская программа исследований в области строительства солнечных домов начала осуще­ствляться в 1956 г. [39—41], когда была запатентована система, использующая принцип «стены Тромба». Инте­ресно отметить сходство между этой системой и систе­мой, описанной профессором Моурзом 100 лет назад [42]. Основная идея заключается в том, что массивные обращенные к югу стены обычно выполненные из бето­на, окрашиваются в черный или какой-либо другой цвет, обеспечивающий сравнительно высокую поглощатель­ную способность, например в красный, темно-зеленый или темно-синий, и покрываются снаружи стеклом та­ким образом, чтобы между стеклом и стеной оставался воздушный зазор. Стена является одновременно коллек­тором и аккумулятором тепла. Солнечная радиация про­никает сквозь стекло, поглощается покрытием и нагре­вает стену. Поскольку длинноволновое излучение при отражении от стены задерживается стеклом, воздух между стеклом и стеной нагревается. Проходы в верх­ней и нижней частях стены дают возможность нагрето­му воздуху поступать в комнату на уровне потолка, а холодному воздуху уходить из помещения на уровне пола, как это показано на рис. 4.14. Охлаждение "в лет­ний период осуществляется с помощью клапанов, рас­положенных в верхней части стены, через которые на­гретый воздух выбрасывается в атмосферу, и клапана, находящегося в задней части здания и обеспечивающе­го поступление холодного воздуха. Толщина стен сос­тавляет обычно от 300 до 400 мм. Внутри стен можно разместить другие аккумулирующие системы, такие как водяные баки или химические аккумуляторы, действу - 7—-1240 97

ющие на основе фазовых превращений. Прото-1 типы этих домов, построенные в Одейо, внещ - не выглядели достаточно непривлекательно, посколь­ку из-за плохой изоляции имели на южном фаса­де очень маленькие окна. В более поздних проектах от­ношение площади коллектора к объему дома составля-

ет 0,1 м2/м3, а в современных постройках трудно по Я

внешнему виду отличить солнечные коллекторы от окон. Щ Согласно описанию самый последний солнечный дом Я имеет в целом внешний вид обычного здания.

Французы подсчитали, что такая система может* обеспечить от 60 до 70% отопительной нагрузки в сре-Я диземноморском климате, таком как в Одейо, и от 35 Я до 50% в менее благоприятном климате. Основные пре-Я имущества данной системы состоят в следующем:

отсутствует проблема гидравлического сопротивле-Я ния потоку, существующая в обычных водонагревате-1 | лях, установленных на крыше; 1

отсутствуют проблемы утечек;

отсутствуют проблемы, связанные с замерзанием теплоносителя.

ФРГ. Анализ энергопотребления в ФРГ показал, что около половины энергии расходуется в виде низ­копотенциального тепла, т. е. тепла на уровне тем­ператур ниже 100°С. Основная часть этого низкотемпе - 98
ратурного тепла, как и во мнргих странах Европы, ис­пользуется в частном секторе для отопления зданий и обеспечения горячего водоснабжения. Программа науч­ных исследований фирмы «Филипс» относится именно к этой области и содержит ряд мероприятий, которые должны обеспечить снижение потребления энергии от традиционных источников. К ним относятся:

снижение тепловых потерь через пол, потолки, сте­ны и окна;

использование отработанного тепла от различных систем бытового водоснабжения и воздуха, выбрасыва­емого из вентиляционной системы;

использование нетрадиционных источников энергии, которые не оказывают воздействия на окружающую среду, т. е. энергии земли и солнца;

разработка оптимизированных объединенных энерге­тических систем.

Экспериментальный дом, показанный на рис. 4.15, был построен в Аахене на территории научно-исследо­вательской лаборатории фирмы «Филипс» [43, 44]. Раз-

меры дома, меблировка и хозяйственные приспособле­ния были выбраны с расчетом на потребности средней немецкой семьи из четырех человек. Две ЭВМ «Филипс П855» моделируют энергетические потребности семьи, а. также регулирование различных систем и обработку всех данных. Основные конструктивные особенности

дома показаны на рис. 4.16. Особое внимание было уделено гибкости схемы, и поэтому можно осуществить множество различных комбинаций режимов работы сол­нечного отопления и аккумулирования при различных температурных режимах, а также сочетать работу сис­темы и теплового насоса, использующего в качестве хо­лодного источника отработанную воду или тепло почвы. 100

В табл. 4.3 приведены некоторые основные параметры оборудования дома с жилой площадью 116 м2, пло­щадью подвала 150 м2, площадью окон 23,5 м2 и общим объемом жилого помещения 290 м3.

Присоединенная нагрузка электрического теплового насоса составляет 1,2 кВт, а коэффициент трансформа­ции тепла в температурном диапазоне 15—50°С нахо­дится в пределах от 3,5 до 4.

Таблица 4.4

Потери тепла в домах с различной теплоизоляцией

ляцией. По сравнению с обычным домом суммарные тепловые потери снижаются в шесть раз, а по сравне' нию с хорошо изолированным домом в три раза.

Для определения утечек тепла было принято, что воздух в доме полностью заменяется за один час, при этом для регулируемой вентиляции с 80% утилизации тепла. Принималась следующая структура среднегодо. вого потребления энергии для семьи из четырех чел.

Горячее водоснабжение. Посудомоечная машина и су­шилка, стиральная машина 3980 кВт-Д

Морозильник, холодильник................................... 1095''кВті^И

Освещение, телевидение и другие электроприборы 1820 кВт-ч

Это дает в сумме 6895 кВт-ч, но при наличии в си­стеме теплового насоса, использующего отработанное тепло, только небольшая часть расхода энергии на го­рячее водоснабжение, составляющей 3980 кВт-ч, удо­влетворялась за счет внешней электрической сети. Ко­эффициент трансформации тепла, равный примерно 3, является достаточным, чтобы сэкономить 3000 кВт-ч, | таким образом требуется обеспечить только 3895 кВт-ч.

Для отопления и охлаждения может быть исполь­зована энергия земли.. В схеме отопления теплообмен­ник, представляющий собой заполненную водой пласт­массовую трубу длиной 120 м, был размещен под полом подвала, при этом с помощью теплового насоса мощ­ностью 1,2 кВт можно было передавать тепло из почвы, которая имеет температуру около 7°С, в бак горячей воды при температуре 50°С. Охлаждение обеспечивает­ся при умеренном расходе энергии, поскольку воздух прогоняется сквозь полую шлакокирпичную стенуТна уровне подвала. Солнечные коллекторы встроены в об­ращенную к югу крышу, как показано на рис. 4.15, на­клонены под углом 48° к горизонтали и занимают пло­щадь 20 м2. Корпус каждого из 18 коллекторов содер­жит 18 цилиндрических вакуумированных стеклянных трубок, которые были описаны в предыдущей главе По предварительным расчетам, выполненным с поМО; щью ЭВМ, коллектор площадью 10 м2 может восп|0; нимать ежегодно от 10 000 до 12 000 кВт-ч солнечн$ энергии, что превышает суммарное энергопотреблен? е на отопление дома.

Дом фирмы «Филипс» является одним из нескор' ких отлично оборудованных экспериментальных солні4'
ных домов, которые в настоящее время проходят про - верКу в Европе. Особенно интересно будет сравнить по­датели этого дома с показателями значительно менее дорогого, но с архитектурной точки зрения более ИЗЯ­ЩНОГО солнечного дома в Гранаде.