Задача солнечных коллекторов — аккумуляция солнечной ра­диации с максимально возможной эффективностью. Существуют различные типы коллекторов, отличающихся внешней формой на­ружных поверхностей, устройством поглощающих поверхностей и аккумулирующих средств.

Для отопления помещения зимой при неблагоприятной погоде солнечные коллекторы должны преобразовывать значительное количество поступающей солнечной радиации в полезное тепло. Они должны повышать рабочую температуру до 60—90° С при очень низких температурах наружного воздуха. При таких темпе­ратурах коллекторы используют около 70% поступающей солнеч­ной радиации на нагревание жидкости (или газа), посредством

которых отапливается помещение. Тип коллекторов выбирается в зависимости от задач, которым они служат. Коллекторы могут быть плоскими, поглощающими солнечные лучи, не концентри­руя, а направляя или рассеивая их, а также трубчатыми, полосо­выми, листовыми или полыми, преобразующими в тепло прямую солнечную радиацию, концентрируемую оптическими или други­ми приспособлениями.

Плоские коллекторы, будучи открытыми для солнечных лу­чей, что особенно важно в условиях европейского климата, пред­ставляют собой тепловой источник большой площади и низкой энергетической плотности. Для того чтобы коллектор работал правильно, он должен быть тщательно изолирован с обеих сто­рон.

Две фирмы, «Браун Бовери К0» (Маннгейм) и «Филипс А. Г.» (Аахен), опубликовали результаты годового эксперимента. Для нескольких местностей, включая Брегенц (Ворарльберг) и Гей­дельберг, фирма «Браун Бовери» определила объем энергии, ко­торую нужно получить. Экспериментальные устройства были снабжены поверхностными коллекторами площадью 1,5 м2. Со­гласно средним полученным параметрам, подсчитано, что в ФРГ количество солнечной энергии может обеспечить нагрев 80% го­рячей воды, требуемой летом, около 20% ■—в зимний период и 65%—в межсезонье. Приведенные данные, естественно, зависят от климатических и технических условий (общей поверхности коллектора, объема аккумуляторов, изоляции, КПД системы и Т. д.).

Фирма «Браун Бовери» впервые использовала поверхностные коллекторы для подогрева воды в открытом плавательном бас­сейне в Вейле — коллектор площадью в 3 тыс. м2 нагревает воду до 24° С. Этот бассейн, проект которого выполнен под руководст­вом Министерства исследований и технологии, является первым примером использования солнечной радиации в качестве энерге­тического источника в Западной Европе. Извлеченный из этого опыт может представлять значительный интерес при обеспечении энергией частных плавательных бассейнов (см. гл. 5).

Научно-исследовательская лаборатория фирмы «Филипс GhibH» достигла высокой эффективности в использовании фоку­сирующих коллекторов, которые применялись первое время на большой площади в экспериментальном доме в Аахене.

В Англии, США, Франции и ФРГ уже применяются различ­ные типы солнечных коллекторов.

6.1.1. Фокусирующие коллекторы (концентраторы радиации). Эти коллекторы имеют вогнутую поверхность. Типичный пример таких коллекторов показан на рис. 39. Они концентрируют сол­нечные лучи зеркалами или эффективными линзами. Температу­ра от 200° С до 500° С может быть получена путем слабой кон­центрации (1:10). При более высокой концентрации лучей мо­жет быть достигнута t до 4000° С.

Рис. 37. Сплошная солнечная крыша (Цинко)

Рис. 38. Солнечная крыша в Мехико

В тяжелой индустрии или в исследовательских работах сол­нечные концентраторы составляют часть солнечных топок или солнечных силовых станций.

Солнечная топка в Одейло-фон-Ромё (Французкие Пиренеи) имеет систему параболических зеркал 4(У м высоты и 54 м шири­ны (фокусная длина 18,4 м). При этом достигается t = 4000° С (максимальная термическая мощность установки 1000 кВт), ко­торая используется для экспериментов по плавке.

Большие концентраторы радиации построены также в США, Японии, Австрии, Алжире, Греции, Советском Союзе и других странах.

Концентрирующие коллекторы, или, как их называют, зер­кальные коллекторы, должны находиться под постоянным конт­ролем. Они очень чувствительны к загрязнению пылью и мусо­ром, которые снижают их оптические качества. Зеркала можно защитить от воздействия погодных условий стеклянным покры­тием, но стекло в отличие от поверхностных коллекторов должно часто очищаться, чтобы не ослабить прямую радиацию добавоч­ным рассеиванием.

Радиационные концентраторы обычно используют только пря­мую радиацию. Но исследования последних лет показывают, что, несмотря на это свойство, такие коллекторы могут использовать­ся в среднеевропейских климатических условиях для бытовых целей.

Солнечные коллекторы, построенные научно-исследователь­ской лабораторией фирмы «Филипс GrrmH», снабжены тепловым отражающим фильтром с окисью индия (S1T2O3), который имеет

Рис. 39. Солнечная тепловая установка с фокусирующими и плоскими солi печными панелями :..й

трансмиссию для солнечного света Т = 85% и отражатель для тепловой радиации R = 90%. Коллектор обладает поглощающей способностью солнечной радиации, равной 95%. Некоторые по­казатели, характерные для коллектора фирмы «Филипс» с до­полнительным покрытием, приводятся в табл. 8. Эти показатели были получены экспериментально при нагреве воды в летних ус­ловиях.

ТАБЛИЦА 8. ПОКАЗАТЕЛИ КОЛЛЕКТОРОВ ФИРМЫ «ФИЛИПС» Погодные условия Общая радиация, Вт/м2 кпд, % Безоблачное небо, ясно 800 61 Слабая облачность, ту- 600 58 ман Средняя облачность 300 45 Сплошная облачность 150 20

Фирма «Лайби, Нойеншвандер и К°» (Берн, Швейцария) также выпускает фокусирующие солнечные коллекторы, которые состоят из многочисленных параболических зеркал. Прямая ра­диация, поглощаемая зеркалами, концентрируется в трубе, на­правленной по фокусирующим линиям, проходя через которую поток жидкости нагревается. Для избежания тепловых потерь при передаче концентрируемая энергия должна попадать непо­средственно внутрь трубы, которая для этой цели делается про­зрачной. Внутри нее имеется черный поглотитель, который пере­дает полученную энергию на нагревательные средства с помощью конвекции.

В Великобритании компания «Силовые системы» использует параболические фокусирующие солнечные коллекторы, в кото­рых цилиндрические параболические рефлекторы вращаются вокруг трубы по фокусирующим направлениям, следующим за солнцем. Труба с циркулирующей жидкостью зачернена для по­глощения радиации и покрыта концентрической стеклянной тру­бой для уменьшения тепловых потерь.

Дальнейшая эксплуатация покажет, какой тип коллектора наиболее экономичен.

6.1.2. Плоские коллекторы. Этот тип коллекторов имеет плос­кую поглощающую поверхность, его работа основана на парни­ковом эффекте. Плоские коллекторы состоят из каркаса (пласти­кового, стеклянного или деревянного), прозрачного покрытия (одинарного, двойного, тройного, стеклянного или пластикового), поглощающих поверхностей (избирательных или неизбиратель­ных), изоляции и средств передачи тепла (воздух, вода, масло, бензин и т. д.).

Характерные особенности избирательных наружных поверх­ностей в современных солнечных коллекторах были эксперимен­тально изучены проф. Табором, который определил оптимальную комбинацию двух тонких слоев прозрачного покрытия, которая обеспечивает 94% поглощения солнечной радиации при 6% со­ответствующей эмиссии. Все элементы плоского коллектора об­разуют вместе устройство для поглощения солнечной радиации, которое охлаждается средствами теплопередачи. Однако получа — . емая солнечная энергия может быть использована лишь частич­но, так как часть ее теряется при отражении, поглощении или утечке через конструктивные элементы.

Оптимальный по КПД плоский коллектор с температурной шкалой до 100° С должен обладать следующими качествами: прочными конструкциями; при потребности в средней темпера­туре эффективностью не ниже 50—60%; при низких темпера­турах— 70—80%, высоких температурах — 20—30%.

Материалы, используемые для изоляции, а также облицовки плоского коллектора должны обладать возможно более низкой теплопроводностью. При коротком периоде солнечной радиации рабочая температура коллектора должна достигаться в мини­мальные сроки. Наружная поверхность теплоизоляции должна быть устойчива при любых атмосферных условиях.

Главные теплопотери коллекторов происходят вследствие за­грязнения, затенения от стоек и перемычек каркаса, отражения от стеклянных покрытий, а также при передаче тепла сквозь стекло. Кроме того, существуют потери радиации, передаваемой стеклянными покрытиями, возникающие в результате теплопо­терь через водосточные желоба в поглощающих поверхностях (они пропорциональны разности в температурах наружных и по­глощающих слоев и, следовательно, могут быть представлены значением К для коллектора), а также потери тепла от поглоще­ния холодной воды, конвекции в воздушных слоях между поверх­ностью коллектора и стеклянным покрытием, потери тепла, про­водимого через стойки или изоляцию стеклянного покрытия и че­рез воздух между коллектором и стеклянным покрытием.

Соотношение между энергией поступающей радиации и по­лезной тепловой производительностью определяет эффектив­ность коллектора. Самая высокая температура, которая может быть получена коллектором, достигается тогда, когда добавочное полезное тепло не уходит через средства теплопередачи, т. е. когда полученная энергия радиации равна потерям коллектора плюс извлеченное полезное тепло. Это называется непроизводи­тельной, или уравновешенной, температурой.

Различные непроизводительные температуры соответствуют проекту и качеству коллектора, интенсивности радиации и окру­жающим условиям. Например, в средней Европе солнечная ра­диация в 800 ккал/ч может считаться нормальной величиной. При такой радиации коллектор с одинарным остеклением может

выработать температуру до 100° С, в то время как коллектор с тройным остеклением может дать температуру до 190° С, а обыч­ный коллектор с плоским покрытием обеспечивает нагрев лишь до 70—80° С.

Эффективность коллектора может быть увеличена специаль­ной обработкой стеклянного покрытия, панелей, листового мате­риала и поглощающих поверх­ностей. Коллектор с эффектив­ностью 70% может рассматри­ваться как нормальный в слу­чае обычного низкого уровня тепла.

Размеры поглощающих по­верхностей установки зависят от того, как много требуется тепла, как спроектированы дом и коллектор, от географиче­ских и климатических условий. Для горячего (^ = 80—100° С) водоснабжения дома в средней Европе достаточно коллектора площадью 7—10 м2 в том слу-

] — радиация; 2 — стеклянное листовое по­крытие; 3 — второе стеклянное покрытие; 4— черная металлическая поверхность; 5 — медные водопроводные трубы; 6 — изоля­ция

Рис. 41. Солнечный воз­душный коллектор (Де — нован-Блисс) 1 — радиация; 2 — двойное остекление; 3—поглощающая поверхность металлической конструкции; 4 — холодный воздух; 5 — выпуск теплого воздуха в аккумулятор

Рис. 42. Солнечный воз­душный коллектор (Лёф) / — радиация; 2 — холодный воздух; 3 — выпуск теплого воздуха в аккумулятор; 4 — пластинки из темного стек­ла; 5 — изоляция; 6 — покры­тие; 7 — пластины с зачер­ненной поверхностью; S— каркасная конструкция

2% 70

чае, если возможно хране­ние соответствующего коли­чества энергии. Для обогре­вания комнаты площадью от 30 до 150 м2 требуется при соответствующей инсо­ляции и климатических ус­ловиях добавочная мощ­ность теплового возмещения, получаемая от аккумуля­тора. Наклон коллекторов определяется обычно для зимних условий (см. рис. 46 и 47).

Величины, полученные экспериментально, следую­щие:

наклон — от +10° до + 15° (по отношению к гори­зонту);

если коллектор использу­ется только в летнее время, то наклон—15°.

Наиболее известными «классическими» коллекто­рами считаются: водяной

тип — MIT (рис. 40); воз­душный тип — Денован — Блисс (рис. 41); воздуш­ный тип — Лёф (рис. 42); масляный тип — Александ­ров (рис. 43); воздушный тип — Франция (рис. 44).

Не считая этих ставших уже классическими коллекторов, в сегодняшней практике используются и другие модели, снабжен­ные интересными усовершенствованиями. Солнечные коллекто­ры, работающие летом и зимой в суровых климатических и теп­ловых режимах, подвергаются различным опасностям, которые могут быть учтены в проекте.

Основные проблемы, встречающиеся при эксплуатации сол­нечных коллекторов, следующие: перегрев, опасность замерза­ния, коррозия, загрязнение, повреждение, тепловое расширение (сужение), утечка тепла.

Эти проблемы могут изменяться в зависимости от климатиче­ских условий, средства их устранения меняются от одной модели к другой. Фирма-изготовитель гарантирует работу коллекторов, обеспечивает такие технические характеристики, как эффектив­ность, тепловые величины ит. д., в соответствии со стандартом.

Одна из основных проблем использования солнечной энергии для центрального отопления состоит в том, что солнечного тепла достаточно в тот сезон, когда меньше всего требуется отопление. Наоборот, отопление требуется тогда, когда дневное солнечное излучение составляет всего несколько часов. Таким образом, чтобы использовать солнечную энергию тогда, когда она действи­тельно нужна, она должна быть не только собрана, но и сохране­на. Совершенная система сохранения солнечной энергии должна работать днем и ночью, летом и зимой.

Тепло, полученное от солнца, может быть использовано так­же и без аккумулятора, если полученная сумма этого тепла до­статочна. Если же потребность в тепле больше, чем может дать солнце, то к солнечному теплу можно добавить энергию от других источников, например нефти (масла). «Краткосрочное» хранили­ще энергии должно сохранять ее от нескольких часов до несколь­ких дней, но в этом случае потребуется значительное вспомога­тельное нагревание.

Использование системы солнечного отопления с кратковре­менным хранением энергии означает, что около 50—70% этой энергии может быть сэкономлено в зависимости от климатиче­ских условий и инженерных конструкций. При долгосрочном хра­нении энергии излишек тепла, полученного за лето, должен со­храниться для зимы. Аккумулятор может удерживать энергию благодаря увеличению накапливаемого тепла, что является след­ствием повышения температуры теплоносителя. Полезное тепло, будучи результатом особого рода тепла, в свою очередь, изменя­ет массу и температуру.

В результате утилизации полезного тепла жидкого или твер­дого содержимого резервуара внутренняя энергия системы изме­няется путем увеличения кинетической и потенциальной энергии молекул вещества, заполняющего резервуар. Увеличение внут­ренней энергии может быть результатом изменения состояния субстанции, например перехода от жидкого состояния к твердо-

Рис. 45. Водяной тип фо­кусирующего концентра­тора радиации («Фи­липс») / — радиация; 2 — стеклян­ные трубы; 3 — фильтр теп* лового отражения; 4 — ваку­ум; 5 — трубы, покрытые по­глощающей черной стекло­видной эмалью; 6 — серебря­ное зеркало (поверхность), ? — циркуляция горячей воды

му. В этом случае внутренняя энергия аккумулятора изменяется при помощи эквивалента «скрытого» тепла, который соответст­вует изменению его состояния (например, скрытое тепло плавле­ния или испарения). Таким образом, тепловые аккумуляторы подразделяются на два типа: открытого и скрытого тепла.

В большинстве стран наиболее дешевым средством аккумули­рования тепла является вода. Это дает возможность получить са­мый высокий уровень тепла. Табл. 9 содержит показатели для

Рис. 46. Средние ежемесячные величины полного излучения при уклоне по­верхности 45°, 60° и 90° относительно горизонтальной плоскости. Рассчитаны от горизонтальной плоскости. 1957—1971 гг. (с разрешения ИК — ISES) (В MJ[m2 в день)

различных материалов, заполняющих аккумуляторы, выражен­ные как специальное тепло, измеренное в ккал/(м3-°С),

Наиболее важными критериями качества в выборе соответст­вующего типа аккумулятора являются следующие показатели: сколько тепла, когда и какой температуры должен отдавать аккумулятор;

 

• ■ * • ■ у• -»• r rvir •*?«..•• *- , ■ . , , ■ ■• •. ‘, ‘ . • 4* ТАБЛИЦА 9. ПОКАЗАТЕЛИ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ ккал/(м*•°С) Кирпичная кладка 320—360 Бетон 450—600 Песок 308 Камень 475—588 Вода 1000

какие тепловые потери имеют место в период хранения; какая площадь необходима аккумулятору; в каких конструкциях должен быть решен аккумулятор для того, чтобы его стоимость была минимальна при данной мощно­сти; — л

каково соотношение между накопленной и вводимой извне энергией. .

Для того чтобы решать проблемы хранения энергии наиболее экономичным способом, что в принципе не так сложно, но пока еще очень дорого, во всем мире ведутся исследования. Примером служит хорошо инсолируемый дом в Швейцарии (400 м над уров­нем моря), который требует около 15—22 Гкал энергии в год.

Часть этой энергии может быть запасена зимой с помощью _ тепловых насосов. Таким образом, согласно расчетам П. Кессел — ринга, в летний период необходимо запасти для зимы только око­ло 6 Гкал солнечной энергии. Однако специалисты до сих пор не достигли соглашения относительно необходимого объема энерге­тического резервуара. Работа системы, обеспечивающая ее неза­висимость в период плохой погоды, связана с преобладающими климатическими условиями и изменяется от 6 часов до 10 дней. Естественно, труднее и дороже дождаться двух удовлетворитель­ных дней в Дании, чем десяти таких же на Канарских островах. Тепловые системы, основанные на использовании солнца, дают несколько вариантов хранения тепла. Например, можно исполь­зовать воду или насыпную гальку (камень); иногда в качестве средства хранения тепла используют окружающий грунт.

Хранение тепла — всегда относительно дорого стоит.

Для решения проблемы предложены системы, где изолирован­ный объем аккумулятора необязателен. Так, в системах Лефев — ра, Моргана и Тромба— Мишеля сами конструкции здания со­храняют тепло, благодаря чему стоимость всей солнечной уста­новки существенно снижается. В Японии применяются солнечные установки для горячего водоснабжения, в которых коллекторы сочетаются с аккумуляторами. и

6.2.1. Резервуары горячей воды. Резервуары горячей воды наи­более распространены для накопления энергии. Многие спец. иа-

листы рассматривают горячую воду как лучшую форму хранения тепла, хотя проблемы коррозии представляют некоторые трудно­сти. Для того чтобы избежать тепловых потерь, водяные резер­вуары должны быть хорошо изолированы. Иногда используются в качестве хранителя тепла вода и галька (камень) в комбина­ции. 1 м3 чистой воды сохраняет 1000 ккал/°С.

Температура, при которой вода может быть использована для обогрева, начинается от 70—80°С и кончается при использовании тепловых насосов около 4 °С. Согласно исследованиям Фишера, хорошо изолированный односемейный дом с объемом резервуара горячей воды в 200 м3 может сохранить достаточно энергии, на­копленной за лето, до зимы, имея в виду непрерывный ввод мощ­ностей осенью, зимой и весной. Используемое тепловое содержи­мое аккумулятора меньше, чем его объем, поскольку между хра­нением и использованием происходят теплопотери в окружаю­щую среду. Постоянное время потерь зависит от контролируемых геометрических и материальных параметров, в частности следу­ющих:

объема хранилища и площади поверхности слоя;

толщины изоляции;

определенной температуры жидкости, заполняющей аккуму­лятор;

теплопроводности изоляционных материалов.

Если определенная сумма тепла достаточна на данный отре­зок времени, то возможны различные методы его хранения. Мож­но использовать небольшой, но хорошо изолированный резер­вуар или большой аккумулятор с более Коротким постоянным временем нагрева, т. е. с более высокими теплопотерями. Воп­рос состоит в том, какое решение оптимально. Оптимальность ре­шения проблемы определяется стоимостью самого аккумулятора, а также стоимостью его содержания. Наиболее важны следую­щие факторы:

стоимость 1 м3 конструкций аккумулятора;

стоимость 1 м3 изоляции;

минимальная допустимая температура;

температурные различия между аккумулятором и окружаю­щей средой;

продолжительность периода работы аккумулятора;

количество тепла, пригодного для использования по истече­нии определенного отрезка времени.

Исходя из перечисленных условий параметры аккумулятора могут быть рассчитаны так, чтобы максимально снизить стои­мость установки. По возможности тепло, отдаваемое окружаю­щей среде (потери хранения), должно быть полезным для дома, т. е. сохраняться внутри дома. Также полезно наслаивать храня­щееся тепло в трех различных температурных уровнях, которые вместе можно использовать для трех различных целей. Напри­мер, бытовая вода (f = 50—80°С), вода для отопления дома в пе-

рекрытии пола (f = ЗО—50° С) и вода (£>30° С) как вводимая в солнечные коллекторы мощность. В конце осени все три камеры должны нагревать вместе воду до 80 °С, чтобы с началом зимне­го сезона использовать вместимость аккумулятора целиком для максимального обеспечения теплом.

Первый «солнечный дом», MIT 1, построенный в Кембридже, •США, в 1939 г., накапливал солнечную энергию для зимы. Дом имел жилую площадь 46,5 м2 и водяной резервуар объемом 62 м3 (см. гл. 5, рис. 23). На рис. 48—51 показаны различные вариан­ты водяных нагревательных резервуаров.

6.2.2. Аккумуляторы с каменным заполнителем. Такие дешевые материалы, как камень, крупнозернистый гравий или галька (бе­тонная или кирпичная), являются хорошими аккумуляторами тепла. Однако эти материалы нуждаются в больших емкостях вследствие незначительного температурного диапазона, который пригоден для обычных плоских солнечных коллекторов или кото­рый желателен для высокой эффективности. Хотя стоимость ма­териала незначительна, сам контейнер, пространство, требуемое для хранилища, а также загрузочные и разгрузочные устройства достаточно дороги. Передача тепла при этом обычно очень про­ста. В аккумуляторы с «твердым материалом» воздух попадает прямо через слои камня или через трубопровод в бетонном хра­нилище и нагревается или охлаждается (см. гл. 5, рис. 28). За­грузка или разгрузка этих аккумуляторов с постоянно изменяю­щейся температурой требует устройства автоматического контро­ля, который мог бы регулировать эту постоянно колеблющуюся систему. Эти аккумуляторы уже исследованы теоретически и экс­периментально во всем мире (рис. 52—55).

Обладая 30%-ной пористостью при трехслойной загрузке, камень в отличие от воды заполняет лишь треть объема аккуму­лятора. Часто аккумуляторы с каменным заполнением требуют в четыре раза большего объема, чем водяные резервуары той же мощности. Камни обычно имеют диаметр 5 см и менее. 1 м3 кам­ней может сохранить около 400 ккал-°С.

В 1945 г. Джорж Д. Лёф построил первый «солнечный дом» («Валунный дом» в Колорадо), в котором тепловой запас обес­печивался 8 т гравия объемом около 5 м3.

6.2.3. Химические аккумуляторы. В 1944 г. проф. Мария Тел — кес из Делавэрского университета создала систему солнечного аккумулятора, используя глауберову соль (Na2S04-ЮН20). При повышении температуры с 27 до 38° С соль способна аккумулиро­вать по крайней мере в восемь раз больше тепла, чем тот же са­мый объем воды выше той же температурной шкалы. Глау­берова соль плавится при температуре 38° С, и поглощенное теп­ло вновь уходит на ее отвердение.

Стоимость такого аккумулятора выше, чем водяного, но эко­номия достигается за счет объема и изоляционных материалов. Глауберова соль не изменяется в объеме и не нуждается в обнов-

} II

Рис. 48. Система теплово­го аккумулятора (водя­ной резервуар) 1 — радиация; 2 — солнечный коллектор водяного типа; 3 — подземный изолированный резервуар воды; 4 — теплоот­дача через змеевик, располо­женный под полом, или че — оез радиаторы; 5 ~ жилое чостранство

Рис. 49. Система теплово­го аккумулятора. Резер­вуар горячей води под’ полом 1 — радиация; 2 — солнечный коллектор водяного типа; 3 — вода в изолированном бетон­ном резервуаре; 4 — теплоот­дача; 5 — жилое простран­’ ство

Рис. 50. Система теплово­го аккумулятора. Резер­вуар с водой на плоско­сти крыши (Хей-Джел — лотт) 1 — радиация; 2 — слой воды в черных пластиковых жело­бах; 3 — теплоотдача; 4 — жилое пространство; 5 — подвижные покрытия

Рис. 51. Система теплово­го аккумулятора. VВодя­ная стена» как аккуму­лятор тепла (С. Бэйер) 1 — радиация; 2 — стеклян­ные панели; «? — 20 контейне­ров с 200 л воды в каждом (наружная сторона зачерне­на); 4 — теплоотдача; 5 — жилое пространство; 6 — под­вижные покрытия

Рис. 52. Система теплово­го аккумулятора (резер­вуар с каменным запол­нением) находится под полом 1 — радиация; 2 — солнечный коллектор; 3 — жилое прост­ранство; 4 — теплоотдача; 5 — каменный заполнитель в изолированном пространстве

Рис. 53. Тепловой акку­мулятор с каменным за­полнителем, работающий как «центральный очаг» (система «горного солн­ца») 1 — радиация; 2 — солнечный коллектор; 3 — изолирован­ное пространство с каменным заполнителем; 4 — теплоот­дача; 5 — жилое простран­ство

Рис. 54. Тепловой акку­мулятор с бетонными, сохраняющими тепло сте­нами (Тромб—Мишель)

1 — рад-иация; 2 — стеклян­ные панели; 3 — толстые бе­тонные стены, служащие ак­кумуляторами (черные сна­ружи); 4 — движение тепло­го воздуха в жилое поме­щение; 5 — движение холод­ного воздуха в коллектор; 6"—жилое пространство; 7 — выпуск воздуха; 8 — воздуш­ная прослойка

Рис. 55. Смешанный ак­кумулятор с каменным заполнителем и водой (Томасон) 1 — радиация; 2 — солнечный коллектор; 3 — жилое про­странство; 4 — движение теп­лого воздуха в жилое по-, мещение; 5 —Возврат холод­ного воздуха; 6 — резервуар с горячей водой; 7 — камен­ный заполнитель; В — погреб

лении. Дом Пибоди в Довере (США), построенный между 1944 и 1948 г., с аккумуляторами на глауберовой соли, нагреется за 6— 10 дней, аккумулируя солнечную энергию.

В 1961 г. Мария Телкес провела экономические расчеты для среднего дома с 75 600 ккал накопленного тепла. Данные приве­дены в табл. 10.

ТАБЛИЦА 10. СРАВНИТЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ G ВОДЯНЫМ, КАМЕННЫМ И ХИМИЧЕСКИМ ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ (НАКОПЛЕННОЕ ТЕП­ЛО СОСТАВЛЯЕТ 75 600 ККАЛ) Показатели Вода Камень Химические элементы Необходимый объем, м3 4,53 7,93 0,71 Масса, кг 4536 22680 998 Стоимость контейнера 28,25/м3, 128 0 20 ДОЛЛ. Объем конструкции 42,38/м3, долл. 192 336 30 Стоимость материалов, долл. 0 25 20 Общая стоимость, долл. 320 361 70

Эти результаты, однако, слишком оптимистичны, так как стои­мость единицы-объема резервуара для скрытого теплового накоп­ления и для скрытой химической аккумуляции тепла берется оди­наковой. Существует еще целый ряд трудностей, которые нужно преодолеть в этой системе, и много других химикатов, которые нужно исследовать. Например, «Филипс» в Аахене отобрал для изучения четырехокисный фтористый калий.

Важнейшими критериями качества в отборе пригодных хими­катов служат:

большая величина теплового запаса на единицу объема;

хорошая теплопроводность в загрузочном и разгрузочном со­стоянии;

небольшие изменения объема;

химическая устойчивость;

низкая коррозийность;

низкая стоимость.

Для аккумуляторов, которые используют скрытое тепло, при­меняют гидрированные соли, которые растворяются в воде при кристаллизации и могут при этом брать много тепла. Многие из них имеют низкую стоимость и пригодны частично как «добавки» (см. прил. 1). В качестве аккумулирующих скрытое тепло мате­риалов могут быть использованы различные органические сое­динения, особенно парафин.

Химические аккумуляторы могут поглощать значительно больше энергии на единицу объема при более низкой температур­ной шкале, чем просто резервуары. Химические аккумуляторы могут накопить тепла в пять раз больше, чем резервуары с горя­

чей водой того же объема. По сравнению с аккумуляторами с ка­менным наполнением химические аккумуляторы мощнее в девять раз.

Многие специалисты склонны считать, что будущее за химиче­скими аккумуляторами, но какая система аккумуляции солнечно­го тепла является лучшей, покажет время. На протяжении не­скольких лет уже работает много установок, которые помогут ре­шить эту проблему.