ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В наши дни наиболее разумными путями использования солнечной энергии, по-видимому, является использование процессов, которые не требуют слишком дорогих материалов, применения сложного оборудования в виде систем и подсистем или многих движущихся частей. Примерами «пассивной» или «мягкой» технологии могут служить окна, изолирующие ставни для окон, затеняющие устройства, тепловая инерция в зданиях и термосифонные солнечные коллекторы. Большинство из этих примеров было уже рассмотрено. Дальнейшим развитием темы разработки здания как солнечного коллектора является синтез этих решений с другими компонентами здания. Такие решения можно рассматривать скорее в качестве пристройки к зданию, а не специального оборудования. Различия между «пристройкой» и «оборудованием», а следовательно, между этими «мягкими» солнечными проектами и проектами, которые обсуждаются в части V, часто весьма условны. И это естественно. В этой связи представляет интерес попытка определить влияние разнообразных решений, воплощенных в различных проектах, на общую экономию энергии и ресурсов, уменьшение загрязнения среды и экологического равновесия.
Доктор Хойт Хоттел, который содействовал постройке первого солнечного дома Массачусетского технологического института еще в 1939 г., предупреждал, что легко недооценить трудности (и расходы), связанные со строительством дома, использующего солнечную энергию. Тем не менее Стив Баэр, Гарольд Хэй, Гарри Томасон и другие делали попытки упростить свои проекты пассивных систем, но весьма изощренными методами.
Экономическое сравнение между пассивными и активными системами часто говорит в пользу пассивных. Нередко такие системы не только дешевле, но и более эффективны.
Предположим, например, что на каждый квадратный метр окна ежедневно поступает около 10 000 кДж тепла. Если окно имеет двойное остекление, то можно считать, что в помещение поступит около 8000 кДж. Если средняя температура наружного воздуха составляет около 2° С, то потери тепла за сутки составят около 4200 кДж. Чистое поступление тепла будет равно примерно 3700 кДж. Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37% (3700 разделить на 10 000). Эта величина КПД сравнима с сезонным КПД размещенного на крыше коллектора, который можно считать специальным оборудованием. Однако первому варианту свойственна существенно меньшая цена и большая простота конструкции. Кроме того, на другой день солнце может быть закрыто облаками, однако потери тепла через окно не прекращаются. Чистое поступление тепла может оказаться равным нулю, следовательно, и общий КПД также будет равен нулю. Солнечный коллектор (типа «оборудование») не имеет никакого КПД, поскольку он не функционирует. Предположим, что на ночь окна закрываются изолирующими ставнями или, скажем, на две трети всего времени. За двухдневный период окно собирает 8000 кДж тепла в течение 8 ч и теряет его за 48 ч.'В течение 16 из этих 48 ч ставни от-крыты, и через окно теряется около 2600 кДж. Остальные 32 ч ставни закрыты, и потери тепла в час сокращаются в пять раз, т. е. теряется только около 1000 кДж. Общие потери тепла за двое суток составят 4000 кДж, а общее поступление солнечного тепла будет 8000 кДж. При этом чистое поступление тепла через оконный «солнечный коллектор» равняется 4000 кДж (8000 минус 4000) при КПД = 40% (4000 разделить на 10 000). Эта эффективность такая же или даже лучше, чем у большинства хитроумных, хорошо спроектированных систем, но при этом значительно дешевле и проще. В этой части рассматриваются решения, промежуточные по стоимости и сложности между окнами и солнечными энергетическими системами, в которых используется большое количество приводов управления, клапанов, трубопроводов, воздуховодов, насосов, вентиляторов и теплообменников.
