Солнечная и другая альтернативная энергия

Портал о солнечной и другой современной альтернативной энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы, батарейки, аккумуляторы, современные элементы питания и современные способы зарядки. More »

Солнечная и другая альтернативная энергия

Портал о солнечной и другой современной альтернативной энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы, батарейки, аккумуляторы, современные элементы питания и современные способы зарядки. More »

Солнечная и другая альтернативная энергия

Портал о солнечной и другой современной альтернативной энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы, батарейки, аккумуляторы, современные элементы питания и современные способы зарядки. More »

Солнечная и другая альтернативная энергия

Портал о солнечной и другой современной альтернативной энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы, батарейки, аккумуляторы, современные элементы питания и современные способы зарядки. More »

Солнечная и другая альтернативная энергия

Портал о солнечной и другой современной альтернативной энергии. Солнечные батареи, ветровые генераторы, батарейки, аккумуляторы, современные элементы питания и современные способы зарядки. More »

 

Солнечная энергетика в Украине

Солнечная энергетика в Украине сегодня по коммерческому курсу пока не выгодна

Что значит по коммерческому? На примерах:
Возьмем гелиосистемы на солнечных вакуумных трубках или плоские солнечные коллектора — без разницы. Цена на них относительно окупаемости завышена и нет смысла их покупать-устанавливать если хотя бы доступна обычная электроэнергия по обычному тарифу для людей — это меньше 1грн/кВт. Подробнее:
— для круглосуточного получения 3кВт*ч(т.е. 72кВт/сутки) тепла нужна гелиосистема со всем попутным оборудование стоимостью от 4000 долларов США, это около 100000грн.
— затраты по 1грн/кВт в сутки 3х24=72грн. — это если тупо палить электроэнергию по завышенному тарифу
— 100000/72 = 1400 дней окупаемости.
— но с учетом того, что «если те же деньги в банк и на проценты покупать электричество» — то гелиосистема не окупиться никогда
— а если доступна биомасса и дрова — то твердотопливный котел намного выгодней и электро и солнечного отопления…
Какой выход? Ожидать пока цены на оборудование гелиосистем будут ниже, а тарифы на электроэнергию — выше…

Теперь на примере солнечных панелей:
— в среднем 10кВт-ную солнечную электростанцию сегодня можно собрать за 13000 долларов, 30кВт-ную — за 30000 долларов(и это одни из низких цен по Украине)
— пусть та же экономия 1грн на кВт, т.е. в день 10кВтка в лучшем случае приносит 10х10х1(10 часов максимальной работы) = 100кВт, на самом деле в среднем если 40кВт/день — это очень хорошо, т.е. 40грн/день или 13000дол/40грн.= около 7000 дней окупаемости!!! В пять раз длиннее срок, если бы мы использовали солнечные коллекторы! Т.е. соотношение цена обрудования-окупаемость у солнечных коллекторов в пять раз выше, чем у солнечных генераторов-батарей!
Вывод такой же: ждать падения цен на оборудование и поднятия энерготарифов…

Но, Европа видимо «смотрит на плачевное состояние экономики Украины» и беспокоится — как бы они от нищеты покрышками ТЭЦы не начали топить — засорят же «всё небо» — и до нас дойдет(до ЕС) и кидает ЕС удочку:

— зеленый тариф! покупаем «зеленую электроэнергию по цене в 5-15 раз выше, чем другую» — чем бы дитя не тешилось, лишь бы не жгли покрышки)))

в 2015 году зеленый тариф — это покупка у частных лиц до 30кВт*ч по 0,2Евро/кВт, в реальности чистыми частник получает около 0,17Евро/кВт, что имеем:
— 30кВт-ная электростанция 30000 Евро с установкой в день в хорошем случае дает 120-150кВт или около 25 Евро или окупаемость 30000/25=1200 дней! Уже даже лучше, чем тепло от гелиосистем и ближе «к телу» — т.е. приятнее…

На фоне всего изложенного грех не заняться профильным организациям взаимовыгодной солнечной энергетикой под лозунгом:

Предлагаем установку солнечных электростанций мощностью 30кВт*ч для частных домов и участков под ключ с оформлением зеленого тарифа
Итоговая цена — 30 000 Евро!
Включает:
— установка 115 солнечных панелей по 260Вт на крыше или на участке
— установка сетевого инвертора
— подключение двухстороннего счетчика
— подключение в сеть
— оформление зеленого тарифа

От заказчика необходимы:
— частный дом с «солнцеориентированной» крышей или участком 200 метров квадратных
— деньги
Срок подключения под ключ электростанции с зеленым тарифом — 2 месяца.
Контакты для заказов:
+38 050 4873838 Александр
+38 050 4571330 Рашид
solar@msd.com.ua

Источник: http://msd.com.ua/solnechnaya-energetika/solnechnaya-energetika-v-ukraine-2015-2016-goda/

ЗАМОРАЖИВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ

Главным преимуществом использования солнечной энергии для замораживания и охлаждения является то» что максимум ее поступления совпадает в этом случ# с максимумом потребления. Охлаждение зданий и замо*
раживание продуктов питания,’ предназначенных для длительного хранения, являются совершенно различными задачами.

Частично системы, использующие солнечную энергию для охлаждения зданий, могли бы быть использованы для выработки тепла во время, н, е совпадающее с жар­ким летним периодом. Теоретический анализ таких си­стем, проведенный Лефом и Тибо для восьми городов США [38], показал, что комбинированные системы ока­зались более экономичными для шести из этих восьми городов. Максимум нагрузки на охлаждение приходится на послеполуденный период, продолжительность которо­го зависит от ориентации и теплоемкости здания, поэто­му в системах охлаждения энергоемкость аккумулятора должна обеспечивать охлаждение в течение нескольких і часов, в то время как для отопительных систем требу­ется запасать тепло на значительно более продолжитель­ный период.

В солнечных отопительных системах нагретый тепло­носитель из коллектора часто можно непосредственно использовать для обогрева внутреннего объема здания, а в охлаждающих системах в большинстве случаев необ­ходимо применять солнечные холодильные машины с замкнутым циклом. Использование солнечной энергии для охлаждения может быть реализовано с помощью следующих способов и устройств:

компрессионный холодильный цикл, в котором охлаж­дение осуществляется солнечной холодильной машиной; абсорбционные системы; испарительное охлаждение; радиационное охлаждение.

Для наиболее простой реализации первого способа компрессионном холодильнике, который является обычным бытовым прибором, электрический двигатель заменяется солнечным. Было испытано и предложено не­сколько сложных компрессионных холодильных систем, в частности проект четырехцилиндрового возвратно-по­ступательного двигателя, в котором два цилиндра с теп­лоносителем R-114, приводимые в действие за счет сол­еной энергии, в свою очередь приводят в действие два Цилиндра компрессора с теплоносителем R-22 [39]. Пе­редвижная исследовательская лаборатория по использо — 8анию солнечной энергии была оснащена обычной испа­рительной холодильной установкой с рабочей жидко-

стью R-12, которая приводилась в действие высокоско­ростной турбиной с рабочей жидкостью R-113, исполь­зующей солнечную энергию. Предварительные испыта­ния показали, что при температуре на входе в турбину выше 100°С суммарный КПД составляет 50% [40]. От­носительная стоимость системы должна уменьшаться с увеличением ее размеров, причем подсчитано, что 33- кратное увеличение размеров сопровождается 10-крат-

ЗАМОРАЖИВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ

Рис. 5.8. Схема системы абсорбционного солнечного охлаждения.

1 — генератор; 2 — конденсатор; 3 — редукционный клапан; 4 — испаритель; 5 — абсорбер; 6 — насос.

ным увеличением стоимости. Применение концентриру­ющего коллектора также увеличило бы общую эффек­тивность системы, поскольку увеличилась бы темпера­тура на входе в турбину.

На рис. 5.8 схематически изображены основные узлы абсорбционной холодильной системы. Рабочая жидкость представляет собой раствор хладоагента и абсорбента. Когда солнечное тепло поступает в генератор, некоторая часть хладоагента испаряется, в результате чего раствор обедняется, т. е. становится менее концентрированным — Пары хладоагента конденсируются при отводе тепла Жидкий хладоагент проходит через клапан, понижаю — щий давление, и испаряется, охлаждая внешний теплоно­ситель, например воздух для систем кондиционирования — Цикл завершается в абсорбере, где хладоагент соединя­ется с обедненным раствором и перекачивается обратю в генератор. В Университетах штата Флорида [5, 41]i; 128

Вест-Индии [42] успешно разрабатываются водоамми­ачные системы. Поскольку в этих системах требуется сравнительно низкая температура, они являются самы­ми подходящими для сочетания с обычными широко рас­пространенными в настоящее время плоскими коллекто­рами. В 1974 и 1975 гг. были рассмотрены различные модификации абсорбционных систем, в частности с ра­бочим телом бромид лития — вода [43—45]. Совершенно другой метод применяется в испарительной системе кон­диционирования воздуха, которая была введена в дей­ствие в 1975 г. недалеко от Лос-Анджелеса [46].

В испарительных системах охлаждение осуществля­ется за счет испарения воды. Простой метод, использо­ванный Томасоном [47], состоит в том, что воду из ак­кумуляторного бака пускают в виде тонких струй по не­застекленному северному скату крыши дома. В Австра­лии хорошие результаты получены при использовании метода, состоящего в том, что в выведенном из здания воздухе испаряют воду, а затем этот отработанный воз­дух охлаждает камни в рекуператоре с каменной насад­кой, где каждые десять минут происходит переключение потоков воздуха, так что свежие порции поступающего в здание воздуха предварительно охлаждаются, проходя через рекуператор [48, 49].

Радиационное охлаждение или охлаждение за счет излучения целесообразно производить ночью при ясной погоде. Яанигимачи [50] и Блисс [51] использовали этот способ и производили охлаждение прокачиванием воды через коллекторы, размещенные на крыше. Хэй [52] также рассматривал этот метод. В Институте экспери­ментальной физики университета Неаполя показано, что радиационное охлаждение происходит также в дневные часы при отсутствии прямой солнечной радиации [53]. В этом случае используется селективная поверхность с оптическими свойствами, подобранными в соответствии с атмосферным излучением. Это излучение имеет минимум интенсивности в интервале от 8 до 13 мкм, образуя «атмосферное окно». Теоретически показано, что таким образом можно получить температуру на 10—15° С ниже температуры окружающей среды. При испытаниях на не­большой экспериментальной модели результаты получи­лись несколько хуже, однако теоретические положения были в целом подтверждены.

Принцип действия теплового насоса был разработан еще 100 лет назад. Снабжая энергией тепловой насос, можно добиться передачи тепла с более низкого уровня температуры на более высокий. Впервые этот принцип был применен в холодильнике, где продукты питания на­ходятся при более низкой температуре, чем температура окружающей среды, и при этом тепло из холодильника в окружающую среду сбрасывается при помощи наруж­ного теплообменника. Тепловой коэффициент теплового насоса (ТКН) определяется как отношение выработан­ной энергии к подведенной. Выработанная энергия пред­ставляет собой полезное тепло при более высокой темпе­ратуре, чем температура окружающей среды, а подве­денной является энергия, полученная от электросети или при непосредственном использовании органического топ­лива. Суммарная энергия, подведенная к системе, вклю­чает тепло из окружающей среды, поэтому у большинст­ва установок с тепловыми насосами ТКН больше 1,0. Другими словами, система обеспечивает больше полез­ной энергии на уровне более высокой температуры, чем она получает от электросети или топливных источников. Теоретйчески значения ТКН могут достигать 20, однако на практике их можно получить в пределах от 2 до 3 [53], хотя имеются сообщения о более высоких значе­ниях ТКН [54]. На Британских островах для отопле­ния зданий часто требуется тепло при температуре, зна­чительно более высокой, чем температура окружающей среды, при этом можно экономить энергию, если вместо обычных отопительных систем использовать системы с тепловым насосом. За последние 25 лет несколько экспе­риментальных установок, которые использовали в каче­стве низкопотенциального источника тепло почвы, воды или воздуха, находились в действии в течение длительно­го периода, и результаты этих исследований отражены в работе [55]. Использование солнечной энергии вместе с этими низкотемпературными источниками оказывается выгодным, поскольку, чем выше температура на входе в систему с тепловым насосом, тем меньше количество энергии, подводимой от электросети или за счет сжига­ния топлива при том же суммарном’количестве выраба­тываемой энергии. При изучении возможности исполь­зования системы с тепловым насосом для солнечного 130

водонагрева в демонстрационном павильоне в Нотии — гемшире [37], было показано, что старый водяной бак, размещенный в оранжерее под землей, можно снова ис­пользовать в качестве теплоаккумулирующей системы.

В солнечном доме университета штата Небраска вместо обычного солнечного коллектора используется южный скат крыши, покрытый одним слоем стекла, ко­торое пропускает солнечную энергию прямо в мансарду. Тепловой насос отбирает тепло из этого «объемного кол­лектора» и передает полученную энергию через тепло­обменник водяному аккумулятору. Отопление осущест­вляется за счет циркуляции нагретой воды через тепло­обменник системы воздушного отопления дома. Главным преимуществом такой системы является снижение капи­тальных затрат на коллекторы и увеличение эффективно­сти. поглощения энергии за счет сравнительно более низкой температуры в коллекторном пространстве. Дру­гая особенность состоит в том, что для обычной системы с тепловым насосом в непрерывном рабочем цикле пе­риод максимальной потребности в энергии совпадает с периодом наименьшей эффективности преобразования, осуществляемого при низкой температуре окружающей среды. При наличии аккумулирования установка может быть меньше и обладать способностью запасать доста­точное количество энергии во время светового дня для использования ее в ночные часы. Расчетное значение ТКН для такой системы равно 2,72, в то время как для обычной системы с тепловым насосом, установленной в том же районе, оно составляет всего лишь 1,7. В работе [59] отмечаются также экономические преимущества ис­пользования теплового насоса с комбинированными си­стемами отопления и охлаждения.

НЕКОТОРЫЕ ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Солнечные кухни. Приготовление пищи при помощи солнечной энергии привлекает внимание многих исследо­вателей с тех пор, как в XVIII и XIX вв. были достигну­ты определенные успехи в этом направлении. Солнечные кухни можно разделить на три группы. Самые первые варианты конструкции представляли собой так называе­мый «горячий ящик» или простую солнечную печь, т. е. хорошо изолированный прямоугольный приемник с зачер­ненной внутренней поверхностью, накрытый прозрачной изоляцией. Более поздние модификации имели зеркаль­ную заднюю стенку. В таких устройствах при интенсив­ной радиации в течение нескольких часов может поддер­живаться температура более 100°С. К второй группе от­носятся конструкции, в которых используются концент­рирующие устройства. В 20-е годы Аббот применил си­стему с параболоцилиндрическим зеркалом, в которой в качестве теплоносителя использовалось масло, что позво­ляло приготовлять пищу также и в вечерние часы благо­даря более высокой рабочей температуре и лучшей теп­лоаккумулирующей способности теплоносителя. В ре­зультате исследований, проведенных в Индии в Нацио­нальной физической лаборатории под руководством Гхайя [23], была сконструирована солнечная кухня с алюминиевым параболическим отражателем. Подробно­сти технологии ее изготовления изложены в работе [24]. В некоторых типах солнечных кухонь, разработанных Висконсинским университетом, успешно использовалась металлизированная пленка [25], причем один из вари­антов представляет собой складную переносную конст­рукцию, смонтированную на каркасе обычного зонта. В сообщениях Флоридского университета [5] освещены разработки солнечных кухонь типа «горячего ящика», а также устройств со сферическими и цилиндрическими зеркалами-концентраторами.

К третьей группе относятся солнечные паровые кух­ни, основными элементами которых являются плоский коллектор и теплоизолированная камера, представляю-

НЕКОТОРЫЕ ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Рис. 5.6. Солнечная кухня.

щая собой в сущности паровую баню, в которую поме­щается емкость для приготовления пищи. Коллектор со­стоит из металлического листа с припаянными к нему продольными трубками и двух или трех слоев прозрач­ной изоляции. Трубки непосредственно соединены в верх­ней части коллектора с рабочей камерой. В Гаити раз­работан плоский коллектор размерами 0,8X1,55 м, со­единенный с камерой, в которую помещена цилиндриче­ская алюминиевая емкость диаметром 200 мм и высо­той 125 мм для приготовления пищи [26]. Образец тако­го же коллектора меньшего размера разработан Брей — совским исследовательским институтом [27]. В продаже имеются солнечные кухни с алюминиевым параболиче­ским отражателем, одна из которых, изображенная на рис. 5.6, была продемонстрирована на Мировом конгрес­се по использованию солнечной энергии в Лос-Анджеле­се в 1975 г. В процессе дальнейших разработок будет рассмотрен вопрос об использовании тепловых труб для передачи тепла от коллектора к аккумулирующим уст­ройствам длительного действия, чтобы можно было при­готовлять пищу в утренние и вечерние часы.

Солнечные печи. Параболический концентратор явля­ется наиболее эффективной оптической системой для солнечной печи. Обеспечение слежения за солнцем для больших параболических зеркал вызывает значительные ‘і практические трудности. Поэтому существует другой спо­соб их применения, при котором параболическое зеркало устанавливается неподвижно и ориентируется на север (в северном полушарии). Напротив него размещается ге­лиостат с системой слежения. Этот метод был использо­ван Тромбом [28] в лаборатории по использованию сол­нечной энергии для первой большой солнечной печи с диаметром зеркала около 10,7 м, построенной в Мон — Луи в Пиренеях в 1950 г. В Одейо Французским Нацио­нальным центром научных исследований была построена печь мощностью 1000 кВт [29], являющаяся, несомнен­но, самой выдающейся из всех известных солнечных пе — І чей, существовавших в 70-е годы. Параболическое зерка­ло размерами 39,6×53,3 м состоит из 9500 отдельных зеркал суммарной площадью отражающей поверхности j 2839 м2. Исследования солнечных печей проводятся так — j же в СССР [30], в США и в Японии.

Экспериментальные работы показали, что с помощью солнечных печей можно получать тугоплавкие окислы при температуре более 3000° С. Солнечные печи исполь­зуются для получения химических соединений, таких как ‘ бориды вольфрама и молибдена, методом осаждения из і парообразного состояния [31], а также’для проведения | исследований процессов фазовых переходов при высокой температуре [32, 33]. Поскольку в солнечных печах j можно обеспечить очень быстрый подъем температуры, их используют при испытаниях различных материалов >| на тепловой удар.

Для большинства процессов в химической промыш­ленности требуется нагрев, который обеспечивается за счет органического топлива, и было бы весьма ценно, если бы благодаря исследованию солнечных печей уда­лось заменить это топливо сконцентрированной солнеч­ной радиацией. Однако нет никаких оснований считать, і что где-нибудь налажено производство солнечных печей, хотя в Одейо было продемонстрировано, что солнечная Печь является важным инструментом для изучения свойств материалов при высоких температурах. Воз­можно, что в южных странах, где ощущается недостаток органического топлива, солнечные печи найдут промыш-

Подпись: Рис. 5.7. Концентрирующий коллектор с линзами Френеля. 1 — набор линз Френеля; 2 — прозрачное окно; 3 — труба коллектора; 4 — изоляция.

ленное применение для относительно низкотемператур. ных процессов, например при обжиге кирпича.

Линзы Френеля. Степень концентрации линзы про — порциональна отношению ее диаметра к фокусному рас — стоянию, поэтому достижение высокой степени концент­рации с помощью единич­ной линзы ограничивается трудностью точного изготов­ления обычных короткофо­кусных линз. В линзе Фре­неля в единичном модуле реализуются возможности •многолинзовой системы, по­скольку каждый сегмент по­строен таким образом, что­бы фокусировать падаю­щую радиацию на цент­ральный приемник. Другим преимуществом линз Френе­ля является их небольшая толщина в направлении, пер­пендикулярном потоку ра­диации. На рис. 5.7 дано поперечное сечение ли­нейной линзы Френеля, которая может быть установ­лена в системе коллекторов со слежением за Солнцем в одном направлении [34]. Рабочие характеристики та­кой системы приведены в работах Нортрупа [35] и Нельсона [36], где показано, что линзы Френеля лучше всего применять в сочетании с вакуумным трубчатым коллектором, если требуемая температура не превышает 250° С. Долгосрочные экономические прогнозы показы­вают, что системы с линзами Френеля смогут конкури­ровать с органическим топливом и будут давать энергию в 3 раза более дешевую, чем электрическая, в neH8N 1975 г. [35]. Считается, что круглые линзы Френеля пригодны для небольшой концентрации в системах с ф0′ тоэлектрическими батареями [37].

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

Любой из пяти рассмотренных ниже способов ис­пользования солнечной и тепловой энергии в больших : масштабах может быть реализован к 1990 г. На науч-1 но-исследовательские работы и разработку некоторых проектов были затрачены большие усилия, благодаря этому на стадии моделирования были проведены под-j робные конструкторские проработки некоторых элемен­тов, например, при изучении поля гелиостатов.

Солнечная энергетическая станция башенного типа. Система с центральным коллектором состоит из больС шого числа управляемых зеркал-гелиостатов, которые отражают солнечную радиацию и направляют ее на центральный приемник, помещенный на высокой баш­не. При высокой степени концентрации солнечной ра­диации в приемнике может быть получен пар высокой температуры. Рассматриваются также возможности ис4 пользования других теплоносителей. Опытная солнеч­ная станция мощностью 50 кВт, построенная в Сайт Илларио-Нерви в Италии, может генерировать 150 кг/ч перегретого пара при температуре 500°С, при­чем поле гелиостатов этой станции состоит из 270 зер-: 118

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

Рис. 5.4. Солнечная энергетическая станция башенного типа.

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИкал диаметром 1 м каждое [10]. В более поздних аме­риканских работах [11—13] рассматриваются отдель­ные солнечные станции мощностью 100 МВт с высотой башни от 300 до 450 м для обеспечения дополнитель­ной и пиковой нагрузки. К 1981 г. запланировано стро­ительство станции мощностью 2 МВт во Франции. На рис. 5.4 показана система, состоящая из поля гелиоста­тов, образующих четыре группы, каждая из которых имеет свою башню, и центральной станции в центре поля. Для реализации такой системы потребовались бы многие тысячи гелиостатов, а расстояние между от­дельными башнями должно быть более 1 км. Эконо­мические преимущества такой системы заключаются в том, что можно осуществлять массовое производство гелиостатов. В таких системах нежелательно примене­ние относительно мелких зеркал, поскольку есть опас­ность их повреждения при сильном ветре. Стоимость 1 кВт, подсчитанная в 1975 г. для станции мощностью 300 МВт, состоящей из трех башен, составляла 930 долл.

Система с рассредоточенными коллекторами. Систе­ма, характерной особенностью которой является нали­чие большого числа индивидуальных коллекторов, на­зывается «солнечной фермой». Для сбора энергии на центральной станции необходима разветвленная систе-

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

Рис. 5.5. Солнечная энергетическая станция с рассредоточенными коллекторами.

ма изолированных трубопроводов. В этой системе мож­но с успехом использовать коллектор типа НОСТ, рас­смотренный в гл. 4. Общий вид системы с рассредото­ченными индивидуальными коллекторами представлен на рис. 5.5. Вместо отдельных коллекторов в такой си­стеме можно применять длинные параболоцилиндры. Обе. системы должны размещаться в пустынных обла­стях, и их использование ограничивается районами с высоким уровнем прямой солнечной радиации.

Машины, использующие тепловую энергию океана. Разработки тепловых машин, использующих разность между температурой поверхности океана и температу­рой более холодных глубоких слоев воды, начали про — 120

водиться в конце XIX в. Океаны — это естественные приемники солнечной энергии, которые не требуют спе­циальных аккумулирующих устройств и коллекторов и благодаря своим огромным размерам являются потен­циальными конкурентами других источников при про­изводстве энергии. Первая энергетическая установка такого типа мощностью 22 кВт, расположенная у по­бережья Кубы, была разработана в конце 20-х годов Клодом [14]. Общий КПД системы составлял менее 1%; работа системы основывалась на открытом цикле Ренкина, причем морская вода с более высокой темпе­ратурой пропускалась непосредственно в испаритель низкого давления, где получался пар для турбины. Эта установка в то время оказалась неэкономичной, так же как и более крупная установка, проект которой был разработан во Франции 20 лет спустя. Поэтому дальнейшая работа в этом направлении была прекра­щена.

В 60-е годы в США вновь возник интерес к этой проблеме в связи с предложением использовать замк­нутый цикл Ренкина [15]. Эта работа послужила ос­новой для широких теоретических исследований, кото­рые были обобщены Мак Коном [16]. Пять исследова­тельских групп из промышленных организаций и уни­верситетов рассмотрели различные системы для раз­личных районов. Мощность этих систем находится в пределах от 100 до 400 МВт в зависимости от перепа­да температуры — в океане, который составляет 17,8°С в водах течения Гольфстрим у берегов Майами и 22,2°С в экваториальной зоне (до 22° с. ш. и ю. ш.). В качестве рабочего тела были предложены три различ­ных вещества—фреон R-12/41, пропан и аммиак. Зна­чения общего КПД всех пяти предлагаемых систем близки между собой и лежат в пределах от 2,1 до 2,4%. Проведены также исследования взаимодействия рассмотренных систем с окружающей средой, однако они в основном касаются вопроса о влиянии окружаю­щей среды на энергоустановки, а не наоборот. Рассле­дования в этом направлении необходимо продолжить в дальнейшем.

Основополагающей идеей в этих исследованиях яв­ляется представление о возможности осуществления преобразования солнечной энергии с наибольшей эф­фективностью, причем предполагается, что к 1986 г.

термальные энергоустановки, использующие тепло оке­анов, займут в США господствующее положение [5].

Солнечные энергетические установки на спутниках. Использование спутников, вращающихся вокруг Земли, для производства электроэнергии с передачей ее на Землю при помощи микроволновых генераторов впер­вые было предложено Глезером в 1968 г. [17]. Затем в США были проведены более детальные разработки этого проекта, основанные на использовании фото­электрического преобразования сконцентрированного солнечного излучения. Микроволновый генератор и его излучающая антенна расположены между двумя сим­метричными фотобатареями. Антенна направляет мик­роволновое излучение на приемную антенну, установ­ленную на Земле. Вращаясь на синхронной орбите, спутник будет находиться в стационарном положении относительно любой выбранной точки Земли, и благо­даря практически непрерывному поступлению радиа­ции следует ожидать наиболее полного использования солнечной энергии. По количеству получаемой энергии возможности такой системы в 15 раз превышают воз­можности наземных установок, которые ограни­чены погодными условиями и сменой дня и ночи. Систему можно проектировать на мощность от 3 до 15 ГВт [18].

Гидроэлектрическое преобразование солнечной энер­гии. Идея гидроэлектрического способа преобразова­ния солнечной энергии состоит в том, что солнечная энергия сначала превращается в гидравлическую энер­гию, а затем в электрическую. Если закрытый резер­вуар полностью изолирован от моря, то уровень воды в нем в результате испарения будет понижаться. Гид­роэлектрогенератор может быть размещен на трубо­проводе, соединяющем резервуар с морем. Падение уровня воды в резервуаре вызовет приток ее из моря. При этом потенциальную энергию, обусловленную раз­ностью уровней воды, можно превращать в электриче­скую. При соответствующем подборе уровней и расхо­да воды можно добиться непрерывности процесса. Эта проблема исследовалась Кеттани (Саудовская Ара­вия), который измерял скорость испарения и сравни­

вал экспериментальные данные с теоретическими [19, 20]. Изучаются также возможности постройки дамбы через залив Бахрейн, чтобы реализовать подобный проект [21].

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. В ТЕПЛОВУЮ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ

Первый закон термодинамики чаще всего выражает­ся следующим образом: в замкнутой системе измене­ние внутренней энергии равно разности суммарного количества тепла, поступающего в систему Q, и сум­марного количества работы, произведенной системой W.

Если Еч и ЕJ представляют собой начальную и ко­нечную внутреннюю энергию системы, то

Q-W=E2-El. (5.1)

Для непрерывного получения полезной работы не­обходимо привести систему обратно в ее начальное со — 112

стояние, т. е. завершить цикл. В уравнении (5.1) об­щее количество тепла Q, переданного системе, состо­ит из двух частей. Ql представляет собой тепло, полу­ченное системой при более высокой температуре, а q2 — тепло, отданное системой при более низкой тем — ; пературе. Это является следствием второго закона тер­модинамики, утверждающего, что невозможно скон­струировать тепловую машину, которая будет превра­щать теплоту в работу, если в цикле имеется только | один тепловой резервуар. Резервуар с более высокой температурой часто называют источником, а с более низкой — стоком. Выраженный в другой форме второй 1 закон термодинамики утверждает, что передача тепла I может осуществляться только от более горячего тела к I более холодному. КПД цикла представляет собой от — I ношение суммарной полезной работы W к поглощен- I ному теплу Qi:

W

^1= ОТ — (5.2)

Поскольку рассматривается цикл, то №=Qi — Q2 и КПД может быть представлен как

^ = или (5.3)

Если абсолютная температура источника равна Ти а стока — Т2, то

<5-4>

Это выражение, как известно, определяет КПД иде­ального цикла Карно, названного так в честь француз­ского ученого Сади Карно, который первым сформули­ровал этот закон в 1824 г. Более детальное обсужде­ние этого вопроса в связи с использованием солнечной энергии излагается Бринквортом [1].

Никакая реальная тепловая машина не может иметь ^ПД больше, чем КПД цикла Карно. Это объясняет — Ся различными причинами, главными из которых яв — I Ляются наличие трения между движущимися частями I ^ащин, а также необходимость существования разно — I Сти температур между источником и машиной и меж — I машиной и стоком, обеспечивающей передачу тел-

I 1^1240 из

ла. В практике удобно пользоваться понятием КПД цикла Карно для сравнительных оценок, имея в виду, что в лучшем случае КПД реальной машины будет составлять две трети КПД цикла Карно.

Из уравнения (5.4) следует, что чем выше темпе­ратура горячего источника, тем больше КПД при по­стоянной температуре стока. Если применить такой подход к характеристикам солнечных коллекторов, по­казанных на рис. 3.22, то возникает противоречие, за­ключающееся в том, что некоторому увеличению тем­пературы коллектора соответствует уменьшение сум-

Рис. 5.1. Зависимость КПД идеаль-
ной солнечной машины от темпера-
туры.

/ — вакуумированный трубчатый коллектор фирмы «Оуэнс-Иллинойс»; 2 —коллектор

с двойным остеклением и селективным по-
глощающим покрытием фирмы PPG; 3 —
коллектор Хейвуда с одинарным остекле-
нием.:

марной эффективности его работы. Для некоторых за­данных значений плотности потока прямой солнечной радиации и температуры стока можно построить кри­вую КПД идеальной солнечной машины, который яв­ляется произведением суммарного КПД коллектора, приведенного на рис. 3.22, и КПД цикла Карно. Такие зависимости изображены на рис. 5.1 для трех различ­ных типов коллекторов при плотности потока радиации 900 Вт/м2 и температуре стока 300 К.

Из приведенных на рис. 5.1 данных видно, что до тех пор, пока разность температур источника и стока не превосходит 35°, КПД идеальной солнечной маши­ны, основанной на применении всех трех типов коллек­торов, примерно равны. Очевидно, что использование коллекторов простейших конструкций может обеспе­чить КПД солнечных тепловых машин лишь на уровне нескольких процентов, практически не более 2%. Для достижения КПД порядка 10% требуется значительное 114
усовершенствование конструкции коллекторов или при­менение фокусирующих систем.

Некоторые типы действующих машин. В обзоре ра­бот, проведенных в период до 1960 г., Джордан [2J отмечает большое число предложенных и реализован­ных изобретений, касающихся солнечных энергетиче­ских установок, в которых энергия расширения, сжа­тия или испарения твердых, жидких или газообразных тел преобразуется в механическую энергию. Большая часть этих устройств использовалась для перекачки воды при обводнении пустынных засушливых районов, обычно характеризующихся высоким уровнем поступ­ления солнечной радиации в течение всего года и ост­ро нуждающихся в дешевых источниках энергии. Из более ранних работ в настоящее время в связи с раз­работкой высокоэффективных коллекторов вновь рас­сматривается возможность использования системы про­стого пароструйного инжектора в сочетании с плоским солнечным коллектором. Водяной пар пропускался че­рез высокоскоростное сопло, в результате чего проис­ходило всасывание перекачиваемой воды. Суммарный КПД системы был ниже 1%.

Университет штата Флорида является главным цент­ром работ по преобразованию солнечной энергии в не­больших масштабах, причем его разработки касаются в основном машин небольшой мощности [3]. Изучают­ся машины трех основных типов:

воздушные двигатели с замкнутым циклом, в кото­рых ограниченный объем воздуха перемещается с по­мощью поршня между горячей и холодной поверхно­стями. Рабочий поршень приводится в действие за счет периодического повышения давления «в цилиндре;

воздушные двигатели с разомкнутым циклом, в ко­торых поступающий из атмосферы воздух сжимается и нагревается за счет солнечной энергии. Затем этот воздух, находящийся при высоком давлении и температуре, расширяется и цикл завершается выхлопом.

Паровые двигатели, которые используют плоские солнечные коллекторы в сочетании с обычным хладо — агентом R-11 (трихлормонофторметан).

Как в двигателях с горячим воздухом, в которых высокоэффективный нагрев обеспечивается благодаря использованию фокусирующих коллекторов, так и в 5* 115

двигателях с замкнутым циклом получаемая мощность достигала 250 Вт при диаметре параболического зер­кала 1,5 м, а суммарный КПД превышал 20%.

В солнечном паровом двухцилиндровом двигателе

[4] использовалось тепло, полученное в трех плоских коллекторах площадью 2,8 м2 каждый, средний КПД которых составлял более 50%. Максимальная выход­ная мощность достигала 150 Вт, что соответствует сум­марному КПД около 3,5% и хорошо согласуется с ре­зультатами, приведенными в предыдущем разделе.

Во Флоридском университете разрабатывается так­же солнечный насос очень простой конструкции, не имеющий движущихся частей кроме двух обратных

Подпись: Солнечная Рис. 5.2. Насос «Флюидин 3».

1 — змеевик; 2 —резервуар с водой; 3- «горячее» колено; 4 — «холодное» ко­лено» ; 5 — U-образная трубка с возду­хом; 6 — выпускное отверстие; 7 —вы­пускной клапан; в —впускной клапан; 9 — всасывающее отверстие.

клапанов [5]% В этой конструкции бойлер при помощи U-образной трубки соединен с сосудом, имеющим об­ратные клапаны на входе и выходе. Всасывающее от­верстие впускного клапана находится в контакте с пе­рекачиваемой водой. Вода в бойлере нагревается, пре­вращается в пар, который вытесняет воду из сосуда через выпускной клапан. Достигнув дна U1-об раз ной трубки, пар быстро проходит в сосуд и конденсирует­ся, в результате чего создается вакуум и впускной клапан открыовается. Описанная система является со­временной модификацией солнечного насоса Белидора (см. рис. 1.1). В другой, очень простой модификации этой конструкции, разработанной в Англии фирмой «АЕРЕ Харуэлл» [6], бойлер заменен цилиндром с го* і 16

рячим воздухом, в котором осуществляется замкнутый цикл. Один из вариантов такой системы, насос «Флюи — дин 3», показан на рис. 5.2. Один конец U-образной трубки нагревается, и вода в выходной колонке начи­нает колебаться под действием создаваемой разности давлений, вызывающей выталкивание воды через вы­пускной клапан и всасывание новых порций через впускной клапан. Эта система будет работать до тех пор, пока поступает тепло, причем колебания будут происходить со своей собственной частотой. В кон­струкции солнечного насоса, разработанной в Индии [7], в качестве рабочего тела используется пентан, на­греваемый под давлением в плоском солнечном коллек­торе. Изучены модификации насоса с водяным и воз­душным охлаждением.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. В ТЕПЛОВУЮ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Рис. 5.3. Нитиноловый двигатель.

/—листовые пружины; 2 — иитиноловая проволока; 3 — обод сосуда; 4 — ось.

Обычно в качестве рабочего тела в тепловых дви­гателях используется воздух или пар, однако сущест­вуют некоторые металлические сплавы, которые обла­дают таким свойством, что, будучи деформированы под действием внешней силы, они при нагреве возвра­щаются в прежнее состояние. Этим свойством обла­дает, например, сплав никеля с титаном «нитинол», у которого оно проявляется уже при температуре 65°С, легко достижимой в солнечных нагревателях. Изящной формы и простой водяной насос, действие которого ос­новано на этом эффекте, был продемонстрирован в Лондоне Френком и Эшби [8], причем эта разработка явилась результатом их более ранних работ по свой­ствам стеклокерамик. Водяной насос представляет со-

бой не что иное, как многоковшовую раму, приводи­мую в действие основным двигателем, который изобра­жен на рис. 5.3. Двигатель опирается на обод сосуда с водой и состоит из двух вертикальных стержней, же­стко закрепленных да горизонтальной оси, причем эти стержни соединены с расположенным ниже горизон­тальным жестким прутом с помощью изогнутых в про — ] тивоположные стороны листовых пружин и нитиноло — вых проволок. Когда любая из нитиноловых проволок на­гревается до 65°С, она стремится выпрямиться, сме­щая при этом центр тяжести к противоположной по отношению к оси стороне, в результате чего устройст — .j во поворачивается вокруг оси. Если, как показано на рис. 5.3, ось опирается на обрд открытого сосуда, на — ! полненного теплой водой, то устройство колеблется во — > круг оси, причем колебания обусловлены поочередным і выпрямлением нитиноловых проволок и смещением центра тяжести по мере того, как они приближаются к ■воде или погружаются в нее. Более совершенная систе — ] ма была разработана в. США Бенксом [9].

I

АНАЛИЗ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В обзоре [53] работы Шерклиффа [9] имеется за­мечание о том, что множество описанных проектов по-^ нравится читателю и совершенно смутит того, кто[4] серьезно занят поисками оптимальной системы. Одна из трудностей, возникающих при попытке провести лю| бой анализ, состоит в том, что даже в домах с тради-1 ционной системой отопления затраты на отопление в одном и том же районе в почти одинаковых домах для, казалось бы, очень похожих семей будут изменяться в широких пределах. Было сделано предположение, кото! рое представляется разумным, что все солнечные до-1 ма, включенные в анализ, заселены совсем одинаков выми семьями, которые будут стараться получить оті использования солнечной энергии все, что может обес-| печить их конкретная система. Вторая трудность воз-ч никает при попытке определить, что понимается иоД; 108

«коэффициентом замещения» *. В тех случаях, когда имеются сведения о том, как ведут себя обитатели сол­нечного дома, например дома Мэтью [18], выясняет­ся, что в основном их вполне удовлетворяет более низ­кая температура в помещении, чем та, которую можно было бы обеспечить за счет традиционного отопления. Это сильно затрудняет точное определение реальной потребности в тепле при традиционном отоплении.

Основными факторами, которые должны быть при­няты во внимание при анализе, являются следующие: отношение площади коллектора к площади пола; положение, угол наклона и тип солнечного коллек­тора;

отношение объема аккумулятора к площади пола; тип аккумулирующей системы; географическое местоположение здания; общие изоляционные характеристики; высота отапливаемых комнат.

Далее можно принять некоторые допущения. В ка­честве аккумулирующей системы можно рассматри­вать эквивалентный объем воды. Изменениями харак­теристик изоляции и высоты отапливаемых комнат

Рис. 4.20. Зависимость коэффици­ента замещения от конструктив­ных параметров системы солнеч­ного отопления и эффективности работы ее элементов.

1 — расчетные характеристики, 1976 г.;

2 — характеристики первых систем. В скобках указано отношение площа­ди коллектора к площади пола.

следует пренебречь, поскольку отсутствует необходи­мая информация по этим параметрам. Это означает, что для любой конкретной широты могут быть постро­ены серии кривых, показывающих зависимость «коэф­фициента замещения» от отношения объема аккумуля­тора (Ка) к площади пола (5П) при различных значе­ниях отношения площади коллектора к площади пола.

АНАЛИЗ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

1

(0,56? Q (0 23)

а(0,31)

П(0,5Э) (0,48)

0(1,1) о

-1

Ч

1J

а (0,24) ^ и(0,19/

$ -4(0,44) ‘(0^1) (о«б)

р(0,48) 5 д (0,60)

Ъм(оДу

, реальные характеристики + лосле 1972г. а реальные характвристки

(0/&п6

о период I960-1972 г. о реальные характеристики. 9oJ960i □ расчетные характеристики

Va/Sn

SO, 100 150 ZOO л/мг

Рис. 4.21. Характеристики солнечных домов, расположенных южнее 40° с. ш.

/ — дом в Туксоне; 2—бунгало «Блисс-Хауз»; 3 —дом Хея; 4 — дом Томасо-
на I; 5 —дом Томасона III; 6 — дом Лёфа в Колорадо. В скобках указано
отношение площади коллектора к площади пола.

Такое представление положено в основу анализа. Глав­ные характерные случаи показаны на рис. 4.20, где приведено несколько кривых, построенных для районов южнее 40° с. ш. Первые солнечные дома имели, как правило, не очень хорошую изоляцию и менее эффек­тивные, чем в настоящее время, системы солнечных кол­лекторов, так что самая нижняя кривая на рис. 4.20, построенная ^ля отношения площади коллектора к площади пола’ равного 0,6, представляет собой харак­теристики, достигнутые в 50-е годы. Усовершенствование изоляции и коллекторных систем привело согласно расчетам к значительному изменению характеристик. Как это видно из двух верхних кривых, главная тен­денция состоит в том, что относительно меньшие кол­лекторные и аккумулирующие системы могут обеспе­чить более высокое значение коэффициента замеще­ния. Рассмотрим конкретный случай, когда характерис­тика первоначально представлена точкой А. В настоя­щее время значение коэффициента замещения, равное 110

а

(0,32!) 7 а

(0,50) 7С (0,35)

(0,66)

2 +

“(0,50)

(0/9)

п(0>25)(0,В¥)

WofSn

(C/Opt

(0,23)

(Ща о(0,56) _/ /0,50)

+ (0,83)

(0/1)

о(0,56) а (0,21)

реальные характеристики.

+ после 1372 г.

. реальные характеристики л в период 1960-1372 г.

о реальные характеристики до1960з. □ расчетные характеристики

6

о (0,30)

SO 100 750 200 л/мг

Рис. 4.22. Характеристики солнечных домов, расположенных севернее 40° с. ш.

1 — дом III МТИ; 2 — дом Мэтью; 3 — дом в Гранаде; 4 — дом IV МТИ; 5 — дом в Милтон-Кейнсе; 6 — дом Лёфа в Денвере. В скобках указано отношение площади коллектора к площади пола.

100%, можно получить при несколько меньшем отно­шении площади коллектора к площади пола, опреде­ляемом точкой В. Если требуется тот же уровень коэф­фициента замещения, то его можно обеспечить при уменьшении площади коллектора и объема аккумуля­тора вдвое, что соответствует точке С.

На рис. 4.21 показаны действительные и расчетные точки характеристик различных солнечных зданий, рас­положенных южнее 40° с. ш. Из представленных дан­ных видно, что если отношение объема аккумулятора к площади коллектора больше 100, вполне возможно на 100% обеспечить отопительную нагрузку за счет солнечного отопления, и что очень высокие значения коэффициента замещения (90%) получаются по рас­четам при достаточно низких значениях отношения объ­ема аккумулятора и площади коллектора к площади пола.

Из сравнения рис. 4.21 с рис. 4.22, на котором на­несены точки, относящиеся к районам севернее 40°с. ш.,

АНАЛИЗ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Подпись: !

сразу же видно, что доля отопительной нагрузки, кото­рую можно обеспечить за счет солнечного отопления, во втором случае меньше. Выделяется только солнеч­ный дом Мэтью, отличающийся очень большим объе­мом аккумулятора при сравнительно малом отноше­нии площади коллектора к площади пола (0,44). Рас­четное значение коэффициента замещения для дома в Милтон-Кейнсе, равное 60%, выглядит вполне правдо­подобным для того отношения объема аккумулятора к площади пола, которое имеет этот дом. При рассмот­рении расчетных характеристик систем с улучшенной изоляцией и более эффективными коллекторами, при­веденными на рис. 4.21 и 4.22, отчетливо прослежива­ются те же тенденции, которые присущи кривым «а рис. 4.20.

Очевидно, что использование солнечного отопления, зданий приводит к экономии энергии. Правительство всегда оказывает влияние на размеры капиталовложе­ний в солнечные энергетические системы, поскольку цены на топливо повышаются или понижаются, но ес­ли принять, что с социальной точки зрения желатель­но иметь здания, отопления которых хотя бы частично обеспечивается — за счет. солнечной энергии, то прави­тельство обязано видеть, что это привлекательно и с экономической точки зрения.

СИСТЕМЫ С ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Некоторую долю отопительной нагрузки можно обес­печить просто за счет установки на существующем не — остекленном чердаке вентиляционной системы, управля­емой с помощью дифференциального терморегулятора. В более сложных системах используют особенности традиционной наклонной крыши. При этом заменяют значительную площадь обращенной к югу кровли осте­клением, обеспечивая, таким образом, проникновение радиации внутрь чердачного помещения. Недавно по-

явились две большие системы, в которых используется этот принцип. В одной из них тепло из чердачного по­мещения передается с помощью теплового насоса непо­средственно в остальную часть дома, в другой применя­ется недорогая отражающая оптическая система.

Система с тепловым насосом. В солнечном доме, разработанном совместно Университетом штата Небрас­ки (г. Линкольн) и компанией «Линкольн Электрик Си­стем» [51], тепло от обращенной к югу застекленной крыши направляется внутрь чердачного помещения, в

СИСТЕМЫ С ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Рис. 4.18. Пирамидальная оптическая система.

I— плоский коллектор; 2 — крыша; 3 — чердачное помещение; 4— регулируемый отражатель (летом положение А, зимой — Б); 5 — стеклянное окно; 6 — непо­движные отражатели.

котором нагретый воздух за счет естественной цирку­ляции поднимается к коньку крыши. Стандартный ус­танавливаемый вне помещения тепловой насос, разме­щенный вблизи конька, снабжен регуляторами, кото­рые позволяют извлекать тепло либо из наружного воздуха, либо из воздуха внутри чердачного помеще­ния. Это тепло переносится к водяному баку-аккуму­лятору, в котором поддерживается температура не ни­же 40°С, причем при необходимости используется до — „ полнительное тепло. По вертикальному воздуховоду воздух с чердака может подаваться непосредственно в дом и нагревать его. Когда тепловой насос извлекает энергию из воздуха, заполняющего чердачное помеще­ние, температура в этом помещении поддерживается приблизительно на уровне 10°С, таким образом дости­гается высокая эффективность собирания солнечной энергии без применения дорогостоящего двойного ос­текления. Аккумулированная горячая вода прокачи­вается сквозь обдуваемый вентилятором змеевик, вы­полняющий роль обычного радиатора воздушной ото — 106

пительной системы. Для охлаждения в летний период тепловой насос переключается и накапливает холод­ную воду при температуре около 5°С. Использование обычного имеющегося в продаже оборудования и ма­териалов является составной частью проекта, цель ко­торого состоит в демонстрации экономической жизне­способности разработки в типичных климатических ус­ловиях американского среднего запада, где в зимний период прямая радиация составляет примерно 60% всей радиации. Одна из экономических особенностей, обнаруженных при анализе, состоит в том, что отно­сительно высокое потребление электроэнергии в про­цессе собирания солнечной энергии компенсируется бо­лее низкими сравнительно с существующими система­ми с плоскими коллекторами капитальными затрата­ми на систему. Исследования этой системы, основан­ные на 800 ч работы, показали, что отопительный ко­эффициент теплового насоса должен составлять 2,72 вместо полученного для типичной стандартной систе­мы, установленной в Линкольне, значения 1,7.

Отражающая оптическая система. В одной из опи­санных систем используются только плоские отража­тели большой площади, отражающие приходящую ра­диацию на плоский коллектор, «площадь которого со­ставляет обычно около Vs площади отражателя. На рис. 4.18 показаны основные элементы пирамидаль­ной оптической системы [52].

Система состоит из неподвижных плоских отража­ющих поверхностей, которые образуют две грани пи­рамиды, и подвижной отражающей поверхности, кото­рая юстируется в соответствии с периодическими из­менениями траектории солнца — обычно сезонно. Осо­бо отмечается, что система обеспечивает степень оп­тической концентрации в пределах от 1,6 до 4,8 и по­зволяет получать высокие температуры в обычных плоских коллекторах, что является существенным для применения ее в абсорбционных охлаждающих уста­новках. Возможны различные варианты подвижного отражателя, включая систему, размещаемую снаружи, которая была использована в опытной, установке в Стэнфорде (штат Коннектикут).

Главным преимуществом использования системы с полностью застекленной крышей является то, что, при­меняя обычные конструктивные и технические приемы,

СИСТЕМЫ С ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

можно придать дому достаточно привлекательный внеш­ний вид, например солнечный коллектор на чердаке может служить обыкновенным окном для спальни, как это показано на рис. 4.19.

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЕ НА КРЫШЕ

1 Стремление полностью обеспечить отопительную на­грузку любого здания приводит к необходимости иметь значительную площадь поверхности солнечного коллек­тора. Было сделано несколько различных попыток от­казаться от использования обычных плоских коллекто­ров. В следующих разделах описаны системы, которые исследовались в США в 1976 г.

Неподвижный отражатель со следящей теплоприем­ной системой (НОСТ)- Основной коллектор, который подробно описан в гл. 3, состоит из сегмента сферичес­кого зеркала, установленного неподвижно и обращен­ного к солнцу. Линейный теплоприемник следит за тра-

екторией солнца путем простого вращательного движе­ния около центра кривизны отражателя [45]. На рис. 4.17 показано, как установка НОСТ может повли­ять на конструкцию дома в районах с значительным приходом солнечной радиации в зимний период. Отли­чительной особенностью системы является то, что вода может быть нагрета до высокой температуры, достаточ­ной для производства электроэнергии, и, следовательно, появляется возможность создания самообеспечиваю­щихся систем без использования энергии ветра или прямого преобразования солнечной энергии в электри­ческую. Подробные сообщения о ікаком-либо примене­нии таких коллекторов отсутствуют, одцако недавно в Колорадо был спроектирован и построен дом, включаю­щий НОСТ.

В Великобритании дома с НОСТ едва ли получат распространение в связи с высокой долей диффузной составляющей и низким общим уровнем радиации в пе­риод зимнего солнцестояния, хотя в районах Средизем­номорья имеются все возможности для их успешной эксплуатации.

Пассивная система с водоемом на крыше (дом Хея).

С давних пор на крышах зданий устраивались водоемы для охлаждения, но только в 1967 г. Хей разработал систему, в которой для создания водовцма на крыше ис­пользовались черные поливинилхлоридные мешки, за­полненные водой [46—49]. В прототипе эксперимен­тального здания, построенного в Фениксе, слой воды глубиной около 180 мм являлся одновременно тепловым коллектором и аккумулирующей средой. Мешки разме­щались на плоской металлической крыше, которая так­же выполняла две функции — теплообменника и потол­ка здания. Ночью для предотвращения потерь тепла над мешками устанавливались изолированные панели В летний период процедура была обратной, так что за счет излучения в ночное небо водоем к утру охлаждал­ся, а затем изолировался пан, елями, и таким образо) обеспечивалось естественное охлаждение здания в тс чение дня.

Впоследствии система была проверена в рамка11 большой двухгодичной программы испытаний, выпол­ненной Калифорнийским политехническим университс том на однрэтажном доме в Атаскадеро (штат Калифор ния). Жилая площадь дома (около 106 м2) была н,#’ 104

колько больше, чем площадь водоема на крыше. Перед­вижные панели приводились в действие электрическим приводом, управляемым вручную или с помощью диф­ференциального терморегулятора. В сообщении об ис­пытании здания [50] говорилось, что тепловой режим дома был очень хорошим. Во время испытательного периода нагрузка на отопление и охлаждение здания обеспечивалась на 100%. В течение этого времени сис­тема была способна поддерживать температуру внутри дома в пределах от 19 до 23,3°С за исключением перио­дов специальных испытаний. Даже в течение этих экст­ремальных условий температура никогда не была выше 2б°С или ниже 17°С.

В июле испытания проводились при температуре до 38°С, а самая низкая температура — 3°С была зарегист­рирована в феврале 1974 г., когда среднее за месяц значение дневной температуры наружного воздуха со­ставляло 8,3°С. Благодаря использованию пластмассо­вого покрытия, которое можно было натягивать и спус­кать, система могла работать как с однослойной про­зрачной изоляцией, так и без нее. В летний период бы­ло необходимо спускать покрытие, чтобы температура в жилых помещениях не поднималась выше 27°С.

Хэггард [49] считает, что информацию, полученную при выполнении этой программы, можно использовать при исследовании архитектурных усовершенствований системы, которые позволят применять ее в других кли­матических условиях и для других обогреваемых объ­емов. Сюда относятся разработки конструкций много­этажных зданий с изоляцией, передвигающейся по па­зам на обращенных к югу стенах, и складными изоля­ционными пацелями на плоских крышах.

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

Подпись:

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-

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИХ СТРАНАХ

Рис. 4.14. Жилой дом со «стеной» Тромба».

/ — солнечная стена; 2 — окно; 3 — наружное остекление; 4 — поглощающая; черная поверхность; 5 — подвал.

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

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИХ СТРАНАХ

Рис. 4.16. Энергетическая система дома фирмы «Филипс».

/ — солнечные коллекторы; 2 —воздушный теплообменник; 3 — холл; 4 — ра­диаторы для отопления дома; 5 — бак-аккумулятор емкостью 42 м3; б—бак горячей воды для бытовых нужд емкостью 4 м3; 7 — бак отработанной горя­чей воды емкостью 1 м3; S — тёпловой насос; 9 — теплообменник. Воздушные и дренажные клапаны, насосы и вентиляторы не показаны.

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.

Таблица 4.3

Основные параметры оборудования солнечного дома в Аахене

Оборудование

Объем, м*

Толщина изо­ляции (верми­кулит), мм

Температурный диапазон, °С

Блок длительного хранения

42

250

5—95

тепла

Блок хранения горячей воды

4

250

45—55

для бытовых нужд

Бак отработанной воды

1

100

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

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИХ СТРАНАХ

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГИХ СТРАНАХ

Подпись: р11с- 4,17. Неподвижный отражатель со следящей теплоприемной си-стемой.

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.

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

проекта, предложенного Пайком из отделения архитек­туры Кембриджского университета в 19^1 г., являлось достижение полного самообеспечения или удовлетворе­ния собственных энергетических нужд [35, 36]. Исходя из предположения, что на протяжении следующих деся­ти лет цены на нефть, газ, электричество и продоволь­ствие могут возрасти в четыре раза, что площадь част­ных земельных участков может увеличиться до 0,4 гек­тара в расчете на одну семью и что трехдневная рабо­чая неделя может стать нормой, он решил, что в семь­ях может возникнуть стремление самообеспечиваться — энергией, водой и продовольствием. Исследования, вы­полненные с помощью ЭВМ отделом технических ис­следований под руководством Пайка, показали, чтя существование такого дома теоретически возможно] В расчетной модели учитывался генератор с приводом от ветродвигателя, а также занимающий всю поверх-^ ность обращенной к югу крыши солнечный коллектор] из которого вода поступала в расположенный в подва­ле бак-аккумулятор емкостью 40 м3. Главной отличиї тельной чертой проекта является возврат к идее «вик­торианской оранжереи», поскольку примерно половина всего объема под застекленной крышей образует закры] 90

тую веранду, простирающуюся над всей обращенной к югу частью дома. В холодный период это пространство может быть отделено от жилых и спальных помещений изолированными ставнями.

Расчеты, основанные на имеющихся данных по сол­нечной радиации и скорости ветра, показали, что 25% солнечной радиации, падающей на крышу, может быть использовано для отопления внутренних помещений. Эта цифра значительно ниже, чем можно было ожи­дать, но при моделировании на ЭВМ предполагалось, что вода, проходящая через солнечные коллекторы, ис­пользуется только в тех случаях, когда ее температура нj выходе из коллектора превышает температуру воды в баке-аккумуляторе. Воду в бак-аккумуляторе можно подогревать также за счет электроэнергии, вырабаты­ваемой ветрогенератором, в тех случаях, когда она не используется для удовлетворения других бытовых энер­гетических нужд, и в основном при моделировании рабочих режимов в зимний период принималось, что большая часть отопительной нагрузки обеспечивалась тепловым насосом с^ириводом от ветрогенератора. В ра­боте выполнено подробное моделирование большого числа рабочих режимов предварительного проектного варианта системы, но отсутствие к концу 1976 г. кон­тракта с какой-либо фирмой помешало перейти к уточ­нению схемы.

Солнечный дом в Гранаде. В январе 1976 г. Гранад­ская телевизионная компания продемонстрировала се­рию передач о переоборудовании старого дома в обо­греваемый за счет солнечной энергии дом с четырьмя спальнями. Были рассмотрены также многие вопросы экономии энергии, в которых нашли отражение наибо­лее сложные результаты научных исследований в обла­сти строительства солнечных домов, такие как исполь­зование тепла отработанной горячей воды и вентиляци­онной системы. Испробованы различные типы изоляции, включая мат из стекловолокна толщиной 50 мм, плиту из пенополистирола толщиной 50 мм, обычное стеклово­локно толщиной 100 мм или полужесткую плиту раз­личных размеров [37] из минеральной ваты толщиной 100 мм, обшитую деревянными рейками и облицован­ную досками. Согласно Строительным правилам Вели­кобритании (1975 г.) максимальный годовой расход энергии на отопление дома должен составлять

45 230 кВт-ч, но если позаботиться о двойном остекле­нии и внимательно относиться к вентиляции, а также к изоляции, то его можно снизить до 21 910 кВт-ч. На рис. 4.10 графически представлен теоретический годо­вой энергетический баланс дома для средних погодных условий. Заштрихованный участок обозначает долю рас­хода энергии на отопление, обеспечиваемой от допол­нительного источника, и составляет 3680 кВт-ч при

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

Рис. 4.10. Годовой энергетический баланс доі/а для средних погод­ных условий.

1 — излишки тепла, получаемого от солнечной крыши, вентиляционной систе­мы и при непосредственном поступлении солнечной энергии в здание; 2 — го­рячее водоснабжение, обеспечиваемое за счет солнечного тепла (2800 кВт-ч/год); 3 — отопление, обеспечиваемое за счет источника дополни­тельной энергии (3680 кВт-ч/год); 4—-суммарная отопительная нагрузка (21910 кВт-ч/год); 5 — горячее водоснабжение, обеспечиваемое за счет сол­нечного тепла; 7 — отопление, обеспечиваемое солнечной крышей (2210 кВт-ч/год); 8 — утилизация тепла, вентиляционной системы (3660 кВт-ч/год); 9 — непосредственное поступление солнечной радиации в зда­ние (3560 кВт-ч/год); 10 — использование тепла отработанной горячей воды

(2250 кВт-ч/год); // —случайные поступления тепла (6550 кВт-ч/год).

температуре внутри жилого помещения 19,5° С и общим КГТД коллектора 30% • Доля различных источников тепла в обеспечении суммарной годовой отопительной нагрузки показана в табл. 4.1.

На рис. 4.11 показаны солнечная крыша в момент проведения на ней работ (юго-запад) и северо-западная сторона дома с пристройкой, крытой черепицей, в кото­рой размещены бак-аккумулятор емкостью 3000 л с на­гретой солнцем водой и бак-отстойник емкостью 200 л. Северо-западная сторона дома имеет только одно окно, в то время как на длинной северо-восточной стороне (рис. 4.12) расположены три окна. Обе эти фотографии 92

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

і

Рис. 4.11. Северо-западная сторона солнечного дома в Гранаде.

сделаны во время установки солнечной крыши. Крыша площадью около 45 м2, сконструированная в соответст­вии с идеями Томасона, выполнена из стандартного рифленого алюминия, окрашенного черной матовой ак­риловой краской, и закрыта одним слоем стекла тол­щиной 4 мм. Из горизонтальной перфорированной тру-

Та б л и ца 4-1

Доля источников тепла в обеспечении отопительной нагрузки
солнечного дома в Гранаде

Источник тепла

Энергия, кВт-ч

Отопление за счет солнечной крыши

2210

Использование тепла от вентиляционной системы

3660

Непосредственное поступление солнечной радиа­

3560

ции в здание

Использование тепла отработанной горячей воды

2250

Случайные поступления тепла (приготовление Пи­

6550

щи, освещение и т. д.)

Всего

18 230

93

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

бы, уложенной под коньком крыши, вода. стекает струй­ками вниз по каналам.

Характерной чертой дома является большая оран­жерея, размещенная на уровне первого этажа на юго — западной стороне. По воздуховодам, проходящим под окнами спальни второго этажа, нагретый воздух из этой оранжереи может поступать непосредственно^в

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

Рис. 4.12. Северо-восточная сторона солнечного дома в Гранаде.

помещения верхнего этажа дома. Поскольку для отоп-Я ления этого дома требовалось обеспечивать дополни-* тельно всего 20% общей отопительной нагрузки, можної рассматривать его как дом, на 80% обеспеченный эиер-1 гией за счет использования энергии солнца. Более под* ровное описание струйного коллектора приведено* в гл. 8.

Солнечные дома Бюро строительных исследований! (БСИ). В Бартфорде были разработаны три экспериЯ ментальных дома [38] для изучения трех основных меЯ тодов снижения энергетических затрат, а именно:! использование солнечной энергии, применение тепловоД го насоса и регенерация отработанного тепла. В отлиЯ чиє от концепции фирмы «Филипс», которая описана! ниже, здесь выбор можно сделать при одновременном* изучении трех различных вариантов, причем БСИ пола-* гает, что не существует единственного лучшего универ-* 94
сального решения. Характеристики домов будут регист­рироваться при регулировании условий и имитации засе­ления. За основу при создании солнечного дома (и дома, использующего регенерированное отработан­ное тепло) будет принят двухэтажный дом с деревянным каркасом на пять человек типа «Бреттон» [47], под­робно изученный БСИ в рамках проекта районного отопления в Бреттоне, Питерборо. Деревянный каркас

Проект Кембриджского солнечного дома. Целью

Рис. 4.13. Система энергоснабже­ния солнечного дома БСИ.

1 — солнечная крыша; 2 — система ра­диаторов; 3 — смеситель; 4 — насос с пе­ременным расходом; 5 — бак емкостью 1 м3; 6 — бак емкостью 0,3 м3; 7 — бак емкостью 35 м3; 8 — тепловой насос; 9 — взаимозаменяемые клапаны. Воздуш­ные и дренажные клапаны не пока­заны.

Возможное напраВмение потони

‘ теплоносителя

этих домов изготавливается на заводе, а наружные сте­ны выполняются из кирпича и облицованы досками. Изоляция крыши и наружных стенных панелей имеет толщину 92 мм и обеспечивает значение суммарного ко­эффициента потерь U приблизительно 0,29 Вт/(м2-К). Крыша солнечного дома наклонена под углом 42° к го­ризонтали с целью получить более высокий среднегодо­вой КПД коллектора по сравнению с КПД,’ достигае­мыми в обычных домах типа «Бреттон» [47], у которых наклон крыши составляет 22,5°. Схема системы энерго­снабжения солнечного дома показана на рис. 4.13. К концу 1975 г. было опубликовано предварительное описание деталей проекта. Схема включала солнечную крышу площадью 22 м2 и хорошо изолированный бак, размещенный за пределами дома под землей. Отопле­ние осуществляется с помощью радиаторов, однако при­меняются радиаторы больших, чем обычно, размеров,

95

так что можно использовать воду при более низкой I температуре. Различные режимы работы выбираются в зависимости от того, какие условия являются преобла — I дающими. Когда бак-аккумулятор емкостью 35 м3 нахо-Ё дится при достаточно высокой температуре, радиаторы получают тепло от него. В других случаях они получаЯ ют тепло от изолированного бака емкостью 1 м3, кото-Я рый, в свою очередь, нагревается. с помощью неболь — I того электрического теплового насоса, включаемого в / сеть в ночное время и использующего бак-аккумулятор* емкостью 35 м3 в качестве низкотемпературного источ — [ ника. Система горячего водоснабжения для бытовых 1 нужд питается от бака-аккумулятора, емкость которого* 0,3 м3 является достаточной для 24 ч нормальной рабо-Я ты системы. Этот бак нагревается либо с помощью теп-1 лообмеиника, находящегося внутри бака-аккумулятора* либо с помощью небольшого теплового насоса, вклю-1 чаемого в сеть в ночное время. Особенность этой систе-Я мы с солнечным коллектором состоит в том, что энер-Я гия может быть передана в бак-аккумулятор емкостью* 35 м3 даже тогда, когда температура воды на выводе; из коллектора ниже, чем температура воды в баке-ак­кумуляторе. Это достигаемся благодаря использованию’ второго теплового насоса.

В табл. 4.2 сравнивается годовое потребление энер­гии тремя рассматриваемыми домами с обычным домом;

Таблица 4.2І

Баланс энергопотребления для домов различного типа

Потребление за год, і

ГДж

Тип здании

Полезная

энергия*

Суммарна!

полезная

энергия

Первичная 3 энергия I

Типа „Бреттон" [47]

54.0

12.0

66,0

151,8

Типа „ Бреттон“7[47]Т(коэф-

27.0

12.0 21,0

39,0

89,7

фициент потерь 0,29) Дом, использующий отрабо­

26,0

54,4

Хо

9,0

танное тепло

Дом с тепловым насосом

14,0

50,1

Солнечный дом

13,5

13,5

50,0 ’

* В числителе—потребление энергии для нагрева помещении, в знаменателе—для нагрева воды.

щ

типа «Бреттон» [47] и домом со специальной изоля­цией.

Количество первичной энергии получено умножени­ем указанных выше значений потребляемой энергии на коэффициент эффективности использования электро­энергии, газа и нефти. Относительно высокие значения первичной энергии, полученные для дома с тепловым насосом и для солнечного дома, являются следствием того, что в этих домах полезная энергия обеспечивает­ся почти исключительно за счет электричества.

Ш-»