Применение солнечной энергии

РАЗРАБОТКИ, ВЫПОЛНЕННЫЕ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ

Солнечный дом Куртиса. Показанный на рис. 4.8 первый солнечный дом в Великобритании был спроек­тирован архитектором Куртисом и построен в Рикман- суорте, близ Лондона, в 1956 г. [28, 29]. Тогда же Кур­тис поселился в нем и,' вероятно, он может утверждать,

что он дольше, чем кто-либо другой, прожил в собст­венном солнечном доме. Этот дом явился результатом проведенных Куртисом в течение предыдущих лет иссле­дований в области проектирования жилых зданий и ре­гулирования условий в них, начиная от простых отопи­тельных устройств и кончая полным кондиционировани­ем воздуха. На стадии проектирования в качестве основного положения было принято, что регулирование условий внутри помещения должно осуществляться СИ - 84

стемой, использующей солнечную энергию и содержа­щей также тепловой насос и за счет этого обеспечива­ющей отопление и охлаждение, а также горячее водо­снабжение. Так же, как и другие исследователи, пытавшиеся применить идею солнечного отопления по­мещений в Великобритании, Куртис пришел к выводу, что без очень большой, хорошо изолированной тепло­аккумулирующей системы можно за счет солнечной энергии покрыть только определенную долю суммарной отопительной нагрузки. Общая цель разработки состоя­ла в обеспечении внутри помещения требуемой темпе­ратуры в течение всего года независимо от темпе­ратурных условий снаружи. При этом необходимо было учитывать требования эстетического харак­тера.

Участок, расположенный на вершине холма, возвы­шающегося над долиной, был выбран так, чтобы обес­печить требуемую ориентацию дома и отсутствие зате­нения. Основные помещения были расположены на юж­ной и западной сторонах, а на восточной стороне рас­полагались прихожая, лестничная площадка и две спальни. Конструктивно дом был выполнен следующим образом: между кирпичными торцами боковых стен за­креплялась специальная застекленная панель с деревян­ными переплетами. Чтобы лучше использовать поступа­ющую солнечную энергию, было решено обеспечить мак­симальную площадь стеклянной поверхности на фасаде, обращенном к югу, поэтому вся южная сторона за не­большим исключением состоит из стеклопакетов, содер­жащих два слоя прозрачного материала «плейгласс», закрепленного в деревянных рамах. Панели, обращен­ные к западу и северу, также имеют двойное остекле­ние. Кондиционирование воздуха круглый год обеспечи­вается тепловым насосом, для которого в качестве низ­котемпературного теплового источника сначала исполь­зовался воздух, а после реконструкции системы — вода. Куртис сообщает, что в течение первого года эксплуа­тации составлялся график продолжительности периодов солнечного сияния и было отмечено, что в течение но­ября и января наблюдались продолжительные периоды поступления прямой солнечной радиации, что способст­вовало постепенному прогреву помещения и обычно при­водило к увеличению эффективности работы системы в этот период. Распределительная система воздушного

атационных и тепловых характеристик пристройки, ко­торое было проведено под руководством Дэвиса из Ли - [ верпульского университета.

Главная солнечная стена целиком занимает обра - [ щенный к югу фасад здания и имеет длину 70 м и вы­соту 8,2 м. Из расчета общего теплового баланса было принято среднее значение U, равное 3,1 Вт/(м2-К). Большая часть стены имеет двойное остекление с про­межутком между стеклами шириной 600 мм. Однако каждый класс обеспечен двумя или тремя открывающи­мися окнами с одинарным остеклением. Ширина здания в направлении с севера на юг составляет приблизитель­но 11,5 м. Пол нижнего этажа состоит из 100-миллимет­ровых брусьев, уложенных на подушку из бетона тол­щиной 150 мм. Промежуточное междуэтажное перекры­тие выполнено из бетона толщиной приблизительно 230 мм, а крыша представляет собой бетонную плиту толщиной примерно 180 мм, над которой расположен слой вспененного полистирола толщиной 126 мм, соот - [ ветствующим образом защищенный. Оштукатуренные перегородки имеют толщину 230 мм. На северной сто­роне наружные стены на уровне первого этажа выпол - I йены из кирпича толщиной 230 мм с нанесенным снару­жи слоем полистирола толщиной 125 мм. Среднее зна - j чение U здесь составляет 0,24 Вт/(м2-К). На уровне по­ла наружная стена является частично глухой, а час­тично представляет собой солнечную стену, подобную стене на южной стороне. Общее значение U для здания составляет 1,1 Вт/'(м2-К). Единственными источниками тепла в классе пристройки являются обычно обитатели, электрическое освещение и солнечная радиация.

В старых школьных зданиях насчитывается такое же I число школьников, что и в пристройке (около 300 чел.), так что обе группы помещений можно сравнивать меж­ду собой.

В результате эксплуатационных испытаний установ - лено, что солнечное отопление обеспечивает экономию около 30% топлива, расходуемого на отопление школь­ных зданий обычного типа.

Дом в Милтон-Кейнсе. В 1973 г. Управление по ох - I Ране окружающей среды выдало субсидию на создание [ экспериментальной солнечной отопительной установки в L Новом районе Милтон-Кейнса под руководством Зоко - . Лея, ранее работавшего в отделе архитектуры при Поли-

техническом институте [33, 34]. Целью проекта было] проверить и доказать возможность применения солнеч-1 ного отопления в Великобритании. Один из сотни уже) построенных стандартных, расположенных террасой до-3 МОВ В Милтон-Кейнсе является В тепловом отношении ' весьма неэффективным зданием с умеренной изоляцией и фактически не обладает никакой тепловой инерцией. Совершенно ясно, что в будущих проектах солнечных домов в Великобритании следует предусматривать более і массивную конструкцию с существенно улучшенной теп-] лоизоляцией, но даже. при этих условиях эксплуатацион-1 ные характеристики такого дома вряд ли будут сравни-і мы с характеристиками аналогичного дома, но без сол4 нечной установки. Показанный на рис. 4.9 солнечный; дом, принятый в эксплуатацию в марте 1975 г., полно-! стью оборудован для продолжительных испытаний.

Особенность его проектирования заключалась в том, что на различных этапах работы для моделирования! почасовой передачи тепла для каждого дня в годуі широко использовалась ЭВМ. Хорошо известно приме-] 88

нєнне моделирования с помощью ЭВМ для многих раз­работок в США, однако в Великобритании этот пример, по-видимому, был первым в инженерной практике. Та­ким образом, можно было определить количество энер­гии, поступающей из коллектора в бак и из бака на отопление, а также при необходимости вклад источника дополнительной энергии. Разработанная программа была впоследствии усложнена путем введения некоторых дополнительных факторов, например температурной стратификации в баке-аккумуляторе. Предварительные расчеты показали, что в период с апреля по сентябрь отопительная нагрузка должна обеспечиваться полно­стью, а в декабре и январе менее чем на 30%. Расход энергии на горячее водоснабжение для бытовых нужд удовлетворялся с апреля по сентябрь на 70—85%, а в зимние месяцы это значение, естественно, значительно снижалось. В период продолжительного и очень жарко­го лета 1975 г. возникла проблема перегрева в спаль­нях. Сначала считали, что перегрев вызван тем, что непосредственно к спальням примыкали баки-аккумуля­торы, температура которых достигала 70° С. Однако впоследствии было установлено, что чрезмерное повы­шение температуры наблюДалось и в соседних обычных домах, так что эта проблема, вероятно, связана с кон­структивными особенностями этих домов. В оконча­тельном проекте приведены следующие данные: наклон крыши — 30° (при моделировании на ЭВМ получено зна­чение 34°), площадь солнечного коллектора — 37 м2 (в первоначальном проекте — 40 м2). Общая полезная площадь пола — 90 м2. Емкость бака-рккумулятора —

4,5 м3 (первоначально в проекте указана емкость 5,2 м3), изоляция толщиной 100 мм выполнена из стек­ловолокна.

Солнечные дома в Хайр-Бебингтоне. Появившееся в феврале 1975 г. сообщение о проекте строительства де­вяти обогреваемых солнцем домов в Хайр-Бебингтоне близ Ливерпуля вызвало большой интерес, поскольку разрешение на разработку получил городской совет ок - круга Виррэл, который ранее успешно принимал уча­стие в создании пристройки к школе Св. Георгия. Про­ект является результатом совместной работы стеколь­ной фирмы «Братья Пилкинтон» и Технологического университета Лоуборо и будет финансироваться Управ­лением по охране окружающей среды.

Дома будут построены из кирпича высокой плотно­сти с двойным остеклением одной из наружных стен. Эта стена будет поглощать солнечное излучение и пере - излучать его внутрь дома. Эксплуатационные характе­ристики девяти таких домов, обогреваемых за счет сол­нечной энергии, будут сравниваться с - характеристика­ми пяти обычных домов, построенных на том Же участке. По предварительным расчетам экономия энер­гии должна составить от 30 до 60%• Предусмотрено регулирование поступления тепла от стены внутрь жи­лого помещения. Каждый из девяти домов будет иметь независимую систему охлаждения с вентилятором для улучшения естественной вентиляции и снижения влия­ния избыточного поступления солнечной радиации в летний период. Дома должны быть хорошо изолирова­ны и оборудованы герметичными двухслойными стекло­пакетами в каждом окне. На одном из солнечных и одном из традиционных домов будет установлен также плоский солнечный коллектор для снабжения горячей водой.