В заключение хотелось бы процитировать слова проф. П. Фор- наллаза. В своей книге «Технология — за и против человека» он пишет:

«Солнечная энергия создала биологическую основу для чело­веческого существования. Техническое использование солнечной энергии, создающее возможности для реализации альтернатив­ных идей, — это призыв к человеческому разуму.

Этот неисчерпаемый источник энергии имеет также и социаль­ный аспект: он находится в распоряжении всего человечества и не нуждается в громадных превращающих установках, эксплуа­тация которых способствует злоупотреблениям, но побуждает каждого помочь самому себе и экономическому самообеспечению. Социально-этический аспект решения проблемы мировой энергии заключается в том, что только использование солнечной энергии может удовлетворить человечество технически, экономически, экологически, политически и социально».

Для того чтобы правильно встретить эти революционные тех­нические призывы, нужно как можно шире распространять зна­ния в этой области. «Солнечный век», как правильно назвал гря­дущее столетие Вернер фон Браун, может развиваться только при объединении всего человечества на планете.

1 : ■ ПРИЛОЖЕНИЕ

яционной воды; 5 — подземный теплообменник. ,

Когда мы произносим слово «энергия», то предполагаем глав­ным образом что-то абстрактное, техническое, имеющее отноше­ние только к инженерам и ученым. Но если вдуматься, вся исто-(,

[2] И. Б. Порта, Дреббель, Р. Флад, А. Мартина, А. Кирчер, М. Деталь, Бернард де Белидор, Вальтер фон Чирхаус, Л. Буффон, Д. Трюден, А. Лавуазье, Джозеф Пристли, М. Берньер, Мариотт, Дюфай, Декариа, Хертель, Мел- лони, Пуйе, Мажини, де Фложер — ге, Лапровостайе, Десэн, Мажини, Вийетт, Хоесен, Дюкарла, Де ла Клиш, Оливер Иване, Делянкурт, Кагньярд-Латур, Лоберо, Фрот и др.

[3] Пионерами новой технологии были следующие ученые: США — д-р Ма­рия Телкес, д-р Георг Лёф, д-р X. К. Хоттел, д-р Ф. Даниэль, X. Б. Саржан, д-р Ж. Хобзоб, Д. Фаррингтон, И. Дюффи, Р. П. Лаппала, Джон Джейлотт, В. Л. Лакинг, С. Эндрасси, Р. Н. Морз, Р. Крауз, Р. К. Жордан, Дж. Остер — мейер, Г. Бенвенист, В. Родес, д-р Ласзио, К. Дж. Кеван, В. М. Конн, П. Е. Гласер, М. Кастенс. Великобритания — д-р X. Хейвуд, Е. Голдинг, Л. Гарднер, Е. Куртис. Франция — проф. Феликс Тромб, д-р Туше, проф. Пер­ро, М. Фокс; Израиль — д-р Н. Робинсон, д-р X. Табор, Р. Саботка. Италия — проф. Джоржио Неббиа, проф. Г. Гаэтано, д-р В. Сторелли, К. Гарбато, А. Чи — ериси; Южная Африка — Остин Вийе. Швейцария — Дж. Саттер, Г. Аданк, Сихаус, Е. Шенхользер, Огуз Пиккард; СССР^Ф. Моларо, д-р В. А. Баум; Испания — проф. К. Азкаррага, проф. Б. Бланко; Япония — X. Тамия, М. Яна- гимачи, Сейзо Гото, И. Танишита; Ливан — А. Таркики; Канада — Е. А. Аль — кут; Индия — М. Л. Гхаи; К. Н. Матур и М. Л. Кхана.

[4] «Дженерал Динамике Корп.», «Кеннекотт Коппер Корпорэшн», «Лабора­тории Белл-Телефон К0»., «Дю-Понт, Артур Д. Литтл Инк», «Конвэр, Кур­тис-Райт Корпорэйшин», «Америкэн-Сэнт Говэйн Корп.», «Лочхэд Эакрафт», «Вестингхаус», «Норскроп Эакрафт», «Рэвер Коппер и Брасс», «Браун Элект — роник», «Шелл Девелопмент Компани», «Стронг Электрик Корп.», «Адмирал Корп.», «В. М. К. Пресижн Воркс, Сандиа Корп.», «Аризона Паблик Сер­вис К°». — в США; «Радиозоль А. Т.» — в Марокко; «Патек Филип А. Г.» — в Швейцарии; «Миромит А. Г. и Сан Хитэс Лтд.» — в Израиле; «Дельта Стил Мил К°.» в Египте; «Мизошири АГ», «Гото Оптикал», «Джиро Оно индастри Комп.», «Сан Терматик К°.», «Кийова Воркс», «Токухо Шиканай», «Таката Алюминиум^ Воркс», «Тайзей Сан Хит К°», «Сеньюро Канеко», «Ниппон Электрик К » — в Японии и многие другие.

[5] Технологический институт в Массачусетсе, университет в Юте, универ­ситет в Миннесоте, институт им. Бателлы, университет в Калифорнии, Акаде­мия наук в Огайо, университет в Висконсине, Стэнфордский институт, универ — систет в Аризоне, университет во Флориде, Фордхамский университет, Гар­вардский университет.

Проектировщики — С. Соколау и Научно-исследовательская строительная группа политехнического центра Лондона.

Построен в 1974 г.

Этот «солнечный дом» построен местными властями в новом городе Милтон Кейнесе, Букингемшир. Он предназначен для ис­следования экономичности применения таких домов в массовом строительстве. Дом построен в деревянных конструкциях с лег­ким заполнением, со стеклянными солнечными панелями и алю­миниевыми плитами коллектора. Хотя изоляция здания несовер­шенна, тепловая потребность его минимальна. Солнечная систе­ма запроектирована так, чтобы обеспечить большую часть энер­гии, требуемую для горячего водоснабжения и отопления. Остающаяся часть требуемой энергии обеспечивается обычными средствами.

Плоская плита солнечного коллектора была выбрана для того, чтобы собирать рассеянную радиацию, которая составляет приб-

лизительно 50% всей радиации в этой местности. Дом имеет на­клонную под 30° крышу, уклон которой приближается к опти­мальному (34°), дающему максимальное накопление энергии.

Коллектор, составляя единое целое с конструкцией крыши, вызвал несколько конструктивных изменений. Для того чтоб# понизить рабочую температуру плиты коллектора, была избрана система, при которой вода из резервуара поступает непосредст­венно через обе плиты коллектора в обогревательные приборы. Здесь применен вентиляторный конвектор с увеличенной ребри­стой поверхностью, который обеспечивает требуемую тепловую мощность для воды температурой приблизительно 40° С. Вода / = 25° С может быть возвращена в резервуар через вентиляцион­ный змеевик, пока выделяемый воздух не достигнет температуры 36° С.

Возвращение воды с £ = 25° С в резервуар помогает понизить рабочую температуру плиты коллектора, чем увеличивается его
эффективность. Вместо обычного теплообменника используется система небольших резервуаров.

Циркуляция воды продолжается приблизительно 8 ч, что должно компенсироваться уменьшением площади теплообменни­ка. Вода, поступающая в бак с бытовой горячей водой, нагрева­ется обычным кипятильником. Этой системе отдано предпочте­ние перед системой, использующей бак с обратной циркуляцией воды, обычно применяемой в жилых домах для того, чтобы конт­ролировать его водоснабжение.

В принятой системе используется водяной резервуар общим объемом 4,5 м3 (4500 л) со 100-миллиметровыми стенами, имею-

щими со всех сторон стекловолокнистую изоляцию. Это эквива­лентно 120 л воды на 1 м2 площади коллектора. Этот объем воды воспринимает запас тепла, достаточный для отопления одного дня во время зимнего солнцестояния или двух дней весной или осенью. Если пространство позволяет, цилиндрические баки мо-. гут быть использованы в половину своих емкостей. .

• Архит. Р. П. Сабади.

Инженеры Б. Уинклер, X. Томанн, Р. Аэрни. Д. Лео. Строительство завершено в 1978 г.

Здание (130 мХ23 мХ25 м) представляет одно из наиболь­ших сооружений в Европе, получающих энергетическое снабже­ние с помощью солнечной энергии. Оно вытянуто с востока на за­пад, в результате чего максимальное число окон обращено на юг (рис. 69—71). Такая ориентация обеспечивает оптимальную ин­соляцию здания через южные окна зимой и в то же время защи­щает помещение от летнего перегрева с помощью выступающих конструкций.

Солнечные коллекторы могут также использоваться как на­клонные оконные рамы, как плоскость крыши или балконы. В то

Рис. 69. Проект здания фабрики с солнечным отоплением в Цюрихе, ■ разработанный П. Р. Сабади

$ л

4" 1 Уровень J = Производственная 1ИИИЯ |||Подвальный| резервуар Рис. 70. Поперечный разрез здания фабрики 1 — солнечные панели; 2-буферная зона (воздушная) 3- т“™^емник; 4 — солнцезащитный козырек; 5 — окно с термоизоляцией, ff — солнечные па нели (перспективная стадия)

‘ Г

Грамм=калория 60

же время они создают тень, необходимую летом, и поглощают максимум радиации зимой благодаря оптимальному наклону в і 60°. Солнечная энергия от коллекторов и южных окон составляет приблизительно 260 тыс. Мкал в год и обеспечивает часть потреб­! ностей здания для отопления и горячего водоснабжения для умы­вальных комнат служащих. Для того чтобы получить высокую продуктивность коллектора, была выбрана тепловая система с низкой рабочей температурой. Принятие этих мер позволяет ис­пользовать часть излишков летней энергии, в результате чего утилизируется около 80% общей радиации.

Аккумулятор находится вне конструкций здания, баки с 75 тыс. л воды расположены на плоскости крыши. Для того что­бы уменьшить энергопотребности здания до минимума, вместо обычной Плоской крыши устроена крыша со скатами, что дает возможность использовать чердачное помещение (где можно разместить архивы) как хорошо изолированную тепловую буфер­ную зону, а также для установки аккумулятора. Окна имеют хо­рошо изолированное остекление и жалюзи, стены имеют величи­ну А=0,4, дающую возможность как можно дольше сохранять по­глощенное солнечное тепло. Архитектурное решение здания по­зволяет впоследствии увеличить площадь солнечного коллектора, когда его стоимость снизится, а потребность в дешевой энергии возрастет.

Солнечная тепловая установка, стоимость которой составля­ет 1,5% стоимости здания, обеспечивает ежегодно 100% требуе­мой горячей воды и значительную часть требуемой энергии на отопление помещений, посредством чего по крайней мере 230 тыс. кВт-ч энергии может быть сэкономлено ежегодно.

Архит. Д. Уинклер.

Построен в 1974 г.

В жилом районе Берна программа реконструкции предусмат­ривала строительство трехэтажного здания оригинального объе­ма.

Тепловая установка, питающаяся солнечной энергией, разме­щена наверху. Площадь солнечного коллектора 40 м2. В ясный день около 250 тыс. тепловых элементов передают тепло в резер­вуар (9 тыс. л). Солнечная энергия гарантирует недельное горя­чее водоснабжение объемом 1 тыс. л в день (45°С). Благодаря хорошей изоляции рабочая температура существующей масля­ной тепловой установки была снижена с 90° С до 60° С (при на­ружной температуре 15°С). Это позволяет лучше использовать полученную солнечную энергию. В летние месяцы и в межсезо­нье работа установки возможна без малоэффективных бойлеров.

. Проектировщик — ассоциация Д. Миллера.

Инженеры — компания «Артур Д. Литтл» и «Ассоциация Джонсон — Джокел», Бартли.

Построен в 1975 г.

Новая биологическая лаборатория университета в Неваде по­лучает 50% требуемой для отопления и охлаждения энергии от солнца. На первом уровне здания помещаются поверхностные коллекторы площадью 371,6 м2 с поглощающей поверхностью и двойным остеклением.

Охлаждающая система имеет поглощающую установку, кото­рая функционирует на основе действия бромистого соединения лития. Уклон здания позволяет найти хорошее архитектурное ре­шение солнечных коллекторов (рис. 67).

АВТОНОМНЫЙ «СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ» КЕМБРИДЖ (АНГЛИЯ) . • •

Архитекторы А. Пайк, Д. Тринг. . . …

‘ Инженеры Г. Смит, Д. Литлер, С. Фриман, Р. Томас.

Этот проект «солнечного дома» разработан группой проекти­ровщиков Кембриджского университета.

Результатом трехгодичной исследовательской работы (1971 — 1974 гг.) было то, что в настоящее время автономный дом может быть построен, он будет вполне экономичным и отвечает требова­ниям современного комфорта.

В этом проекте используются все местные пригодные источни­ки энергии. Солнечные коллекторы производят тепло, очищают воду для питья; ветряной генератор обеспечивает электрическую энергию для кухни, освещения и работы тепловых насосов; систе­ма удаления сточных вод работает на метане.

Зимний сад, расположенный за южным фасадом дома, произ­водит кислород и пищу и может использоваться большую часть года как открытое пространство.

Дом имеет массивный пол площадью около 111 м2. Жилые помещения расположены в двух уровнях, и сад простирается до крыши (рис, 68). „ ……. . ….. , ,

Отопление комнат требует 61—75% всей энергии и использу­ет мощность установки в 50—100 Вт/м2 для того, чтобы нагреть воздух до 15—30° С. Солнечная радиация достигает такой же мощности (100—150 Вт/м2). Площадь солнечных коллекторов поверхностного типа 40 м2.

Средством теплопередачи и хранения тепла является вода. Аккумулятор находится в погребе и, по расчетам, его оптималь­ный объем равен 10 м3. В ноябре 1974 г. была создана модель та­кого дома в масштабе Ую, и расчеты компьютера дали возмож­ность определить оптимальные размеры строительных конструк­тивных элементов.

Проектировщики К. Боер, М. Телкес, К — О’ Коннор. .

. Построен в 1973 г.

. «Солнечный дом» Института энергетики Делавэрского уни­верситета — первый в мире дом, где солнечная радиация наряду с превращением в тепло преобразовывается непосредственно в. электрическую энергию (рис. 66). .

Здание финансировалось коллективно восемью исследователь-, скими институтами и предприятиями электроснабжения.

Общая жилая площадь дома 132 м2. Жилые комнаты располо-. жены в двух уровнях. Солнечные коллекторы воздушного типа: установлены с наклоном 45° на крыше, обращенной на юг. Эти солнечные коллекторы общей площадью 82 м2 имеют двойноеі плексигласовое покрытие. Часть солнечных коллекторов сочетц-. ется с солнечными ячейками (ячейка изготовлена из сульфида кадмия и сульфида меди), максимальная мощность которых 19 мА/см2 при напряжении 0,37 Вт. Эффективность прямого пре-

Рис. 66. «Солнечный дом» в Делавере, США, 39°35′ с. ш.

/ — радиация; 2 — солнечные коллекторы (общая площадь 82 М2): 3 — тепловая буфер­ная зона: 4 — жилое прост­ранство (объем 132 м3); S — возврат воздуха: 6 — движе­ние теплого воздуха в жи­лое помещение; 7 — дополни­тельная химическая емкость (Na2SjOa • 5Н20); 8 — основ­

ная химическая емкость (Na2S203 • 5Н20) 3600 кг; 49°С; 235 кВтч; 9 — тепловой на­сос; 10 — дополнительное электрическое отопление; 11— аккумулятор 180 А/ч; 12 — опора;. 13—ввод электро­энергии

вращения энергии составляет б—7%. Солнечные ячейки функ­ционируют в течение 10 лет.

КПД коллектора 50%, из которых 45% преобразуется в теп­ло, а 5%—в электрическую энергию. Дом получает 80% требуе­мой энергии от солнца и остающиеся 20% с помощью электриче­ства. Аккумулятор работает на основе химического взаимодей­ствия трех различных солевых растворов, которые имеют низкую точку плавления — между +24 и +49°С. Теплопередача от кол­лектора к аккумулятору и от него в жилые комнаты осуществля­ется воздухом, приводящимся в движение вентилятором. В рабо­те системы участвует также тепловой насос. Свинцово-кислотные аккумуляторы с электрической емкостью имеют мощность около 20 кВт-ч. Летом солнечная установка обеспечивает охлаждение здания.

С. Бэйер убежден, что к 1980 г. отопление помещений с помо­щью комбинированных солнечных ячеек-коллекторов будет ус­пешно конкурировать с другими тепловыми системами.

І»

Проектировщики Ван Корсгаард, Торбен В. Эсбенсон.

Построен в 1975 г.

Дом, целиком работающий на солнечной энергии, использует приблизительно 1680 ч солнечной радиации в год (рис. 65). Го­довые энергетические потребности хорошо изолированного дома составляют 5350 кВт-ч (отопление помещений 2300 кВт-ч, горя­чее водоснабжение 3050 кВт-ч). Жилая площадь дома 120 м2, объем 300 м3, в доме 6 комнат. Поверхность солнечного коллек­тора 42 м2 накапливает ежегодно 9017 кВт-ч и отдает их в акку­мулятор объемом 30 м3.

25% энергии используется на отопление, 34% на горячее во­доснабжение и остальные 41% возмещают потери при хранении тепла. Вода для хозяйственных нужд нагревается в баке объе­мом 3 м3. В качестве изоляционного материала в доме использу­ется минеральная вата толщиной 30 см [0,14 Вт/(м2-°С)]. Еже­
годные тепловые потребности дома обеспечиваются внутренним теплом человека (2372 кВт-ч), освещением (2387 кВт-ч), радиа­цией через окна (2831 кВт-ч) и солнечной энергией.

Проектировщик — Научно-исследовательская лаборатория «Филипс GhibH». ‘

Построен в 1975 г.

5 июня 1975 г. на суд общественности научно-иследователь — ской лабораторией «Филипс GrrmH» в Аахене был представлен первый «солнечный дом» в ФРГ (рис. 63 и 64). Он был построен совместными усилиями государственных и частных научно-иссле­довательских учреждений. Дом имеет полезную площадь 116 м2 (объем жилого пространства 290 м3) и в 4 или 5 раз лучше изо­лирован, чем обычный ДОМ (Анаруятьгх стен — 0,17 ккал/ (м2-°С?),

Кокон =L9 Вт/ (м2-°С). При такой хорошей изоляции тепловые потребности дома очень незначительны, а потери теплопроводно­сти составляют около 6300 кВт-ч в год; вентиляционные потери около 2000 кВт-ч в год (приблизительно на ‘/з—7б меньше, чем в обычных домах).

Фокусирующие солнечные коллекторы Филипса имеют пло­щадь 20 м2 и состоят из 324 элементов. Они повышают темпера­туру до 95° С. Эта энергия нагревает водяной резервуар объемом 42 м3, который может сохранить около 10—12 тыс. кВт на дли­тельный срок, обеспечив общие тепловые потребности дома. Теп­ловой резервуар изолирован слоем минеральной ваты толщиной 25 см, и его температурная шкала колеблется от 5 до 95° С. Две другие составные части аккумулятора (резервуар с горячей во­дой и бак с отработанной водой) имеют объем соответственно 4 м3 и 1 м3.

Электрическая мощность, подводимая к тепловому насосу, со­ставляет 1,2 кВт, а теплоотдача при температурном диапазоне от 15 до 50° С равна 3,5—4 кВт.

Основные функции установки следующие: охлаждение с по­мощью грунта (в летнее время); отопление с помощью солнечной энергии; горячее водоснабжение от солнечной энергии; горячее водоснабжение от отработанной воды с помощью теплового на­соса; вентиляция, компенсирующая тепло; отопление с помощью грунтового теплового насоса.

На крыше дома размещены два прибора модели «Филипс» (Р 855) для контроля за энергетической системой, расходом энергии в жилых помещениях и для записи всех измерительных данных на магнитную ленту.

Публикация результатов всех измерений в этом эксперимен­тальном доме будет иметь большое влияние на будущие проек­ты «солнечных домов» в ФРГ.

Архит. Г. Мишель. ■ 1

Построен в 1975 г.

С 1973 г. на Парижской ярмарке представлялись различные типы домов с солнечным отоплением. «Солнечный дом-1975», по­строенный архит. Мишелем, может считаться новацией в области, которая так важна для нашей будущей энергетической экономи­ки (рис. 62). Этот частный дом — первый в Европе, где энергети­ческие потребности обеспечиваются главным образом за счет энергии солнца и ветра.

Полезная площадь дома 160 м2, объем 485 м3. Здание построе­но в деревянных конструкциях, стены выполнены из хорошо изо­лированного материала [/С=0,35 ккал/(м2-ч-°С)]. Солнечная ра­диация поглощается коллектором площадью 45 м2. Коллекторы, которые во Франции производятся в изобилии, занимают южную стврону здания и заполняются водой. Нагретая солнцем вода из коллекторов накачивается в резервуар (объем 3 тыс. л), где с по­мощью теплообменника нагревает солнечный бойлер, заполнен­ный водой, предназначенной для домашних целей. Горячая вода в этом втором кругообороте циркулирует через радиаторы. В слу­чае недостаточности солнечного излучения автоматически приво­

днтся в действие электрическая тепловая система. Свет и энерге­тическая мощность передаются 14 солнечными ячейками и вет­ровым генератором. Согласно данным строителей, солнечные ячейки дают 14 кВт-ч, электрический генератор—11 кВт-ч энер­гии.

Архитекторы Ж. Мишель, Ф. Тромб.

Построен в 1972 г. ••-.*> …ч

Этот «солнечный дом» был построен в Лотарингии, где насчи­тывается 1700 ч солнечной радиации в год. Жилая площадь дома 106 м2, объем 275 м3 (рис. 60 и 61).

Солнечные коллекторы системы Тромб — Мишель (Анвар) устроены вертикально и имеют общую площадь 45 м2. Не полно­стью изолированный дом имеет среднее значение величины К= = 0,9. В дополнение к солнечному отоплению устроена добавочная электрическая тепловая система. Комнаты нагреваются до t= + 18—20°С, что требует 18 тыс. кВт-ч солнечной энергии в год, из них действительно используются лишь 10 тыс. кВт-ч. Элект­рическое добавочное отопление требует ежегодно 7 тыс. кВт-ч.

Дом был построен в соответствии со стандартами, принятыми в жилищном строительстве Франции. Конструктивная основа зда­ния — стальной трубчатый каркас со стандартными секциями 3,6 X3,6 м. Черная стена аккумулятора, монтирующаяся с верти­кальными коллекторами, образует южный фасад дома. Стеклян­ные поверхности системы «тривер». Расчеты показали, что ис­пользование солнечной энергии для обогрева этого здания дает экономию в два или три раза по сравнению с обычным отопле­нием. Теплопередача осуществляется естественной циркуляцией тепла.

Самая большая сторона дома с солнечным коллектором обра­щена на юг. С северной стороны расположен резервуар с отрабо­танной водой, который служит тепловым изоляционным буфером. Конструкция аккумулятора включена в несущие конструкции са­мого здания. Стены аккумулятора толщиной около 35 см могут сохранять почти половину поступающей солнечной радиации и обеспечивают циркуляцию в жилых помещениях теплого возду­ха, который сохраняется до следующего утра. Эти «солнечные стены» экономичны, так как стоимость их конструкции едва ли превышает стоимость обычных стен.

Мишель и Тромб придерживаются мнения, что тепловая авто­номия дома более чем на одни сутки не дает дальнейшей эконо­мии. Отношение между поверхностью коллектора и объемом зда-

Рис. 61. «Солнечный дом» в Шовенси-ле-Шато с вертикальными солнечны­ми панелями, обеспечи­вающими половину теп­ловых потребностей зда­ния (Г. Мишель и Ф. Тромб)

ния должно составлять около 0,16 для обычного дома (К= = 0,9—1). Если дом хорошо изолирован (т. е. /С=0,5), это отно­шение может быть уменьшено до 0,1, т. е. 1 м3 вертикального кол­лектора Тромба — Мишеля может отопить 10 м3 строительного объема здания. Для дома в Шовенси-ле-Шато это отношение со­ставляет 45:275 = 0,163. Эти цифры, конечно, зависят также от климатических условий.

Эксперименты показали, что неэкономично пробовать отапли­вать дом Тромба — Мишеля исключительно солнечной энергией. Оптимум составляет 2/3—3/4 общих энергетических потребностей здания.