Хотя создание надежной теплоизоляции чердака и уменьшение сквозняков через щели окон и дверей не столь интересно и увлекательно, как сооружение систе­мы солнечного отопления или горячего водоснабжения, эти простые мероприятия на сегодняшний день намно­го эффективнее с экономической точки зрения. Анализ, проведенный в 1974 г. в Великобритании [28], дал сле­дующие значения капитальных затрат и экономии топ­лива за пятилетний период:

Расчетная стоимость Затраты, с эконом ленногр за

фунт. ст. 5 лет топлива,

Эти цифры следует сопоставить с технико-экономи­ческими показателями системы солнечного нагрева с площадью коллектора 6 м2 (в ценах 1976 г.):

Стоимость уста новки, фунт, ст

Установка собственного изготов­ления (без учета трудозатрат) 180

Серийно выпускаемая установка Около 500

[1] Степень концентрации или концентрация солнечного излучени: есть отношение плотности лучистого потока на поверхности прием ника к плотности потока прямой солнечной радиации. (Прим. редjj 46

[2]

[3] Управление по исследованиям и разработкам в области энер­гетики США. Существовало по 1978 г., затем его функции были переданы созданному Министерству энергетики США. (Прим, ред.)

[4] Обычно под «коэффициентом замещения» понимают долю на­грузки, обеспечиваемую за счет солнечной энергии. (Прим. ред.)

[5] Несмотря на некоторые успехи в разработке подобных си­стем, вряд ли можно разделять этот оптимизм. {Прим, ред.)

[6] Строго говоря, термоэлектрические устройства, о которых идет речь, не являются устройствами прямого преобразования солнечной энергии в электрическую в отличие от фотоэлементов, так как в тер­моэлектрических генераторах солнечное излучение преобразуется вначале в тепло, а затем уже в электроэнергию. Заметим также, что обзор, выполненный Телкес в 1953 г., устарел. Современные солнеч­ные термоэлектрические генераторы на основе полупроводниковых термоэлементов могут иметь КПД 5—8%. (Прим, ред.)

[7] В 1980 г. фотоэлектростанция мощностью 1 МВт не была со — °Ружена, сомнительно также, чтобы мощность 10 МВт была достиг­нута к 1986 г. (Прим, ред.)

[8] К 1980 г. стоимость кремниевых фотоэлементов, выпу* скаемых некоторыми фирмами США, составляла 6—8 долл, за ! Вт пиковой мощности. (Прим, ред.)

142

— В Великобритании до сих пор отсутствуют стандар­ты на системы солнечного нагрева и опубликовано мно­го утверждений, которые вводят в заблуждение. Напри­мер: «солнечное тепло может бесплатно удовлетворить 186

j почти всю вашу потребность в горячей воде, расходуе­мой в быту» и «солнечные панели нагреют всю воду, потребляемую средней семьей в летние месяцы, и 80% воды зимой». Такие утверждения не обязательно оши­бочны. Они могли бы стать правомерными только в том случае, если бы люди сумели коренным образом изме­нить свой образ жизни, ре­шились бы накапливать грязные тарелки, чашки,

; блюдца, одежду и т. п. вте — 1 чение многих недель зимой,

) дожидаясь нескольких сол­нечных дней. Но даже в летние месяцы облачная погода часто держится по j нескольку дней подряд и в эти дни приход солнечной радиации, а следовательно, и теплопроизводигельность водонагревательной уста­новки будут крайне незна — ; чительны. Некоторые изго­товители действительно пу­бликуют полезные результа­ты собственных испытаний, по которым можно постро­ить типичные графики КПД коллекторов с одинарным і и двойным остеклением.

Штрихпунктирная линия на рис. 8.15 соответствует ре-

j зультатам расчетов по данным, приведенным в недавно изданном проспекте английской фирмы «Сеньор Плэйт — коил». В нем сообщается, что Льюисовский центр і NASA в Кливленде недавно завершил испытания сол­нечного коллектора. Испытания проводились при сле­дующих условиях:

интенсивность подводимого теплового потока — 945,9 Вт/м2;

скорость ветра—3,13 м/с;

остекление — два зеленых стекла толщиной 3,2 мм с Пропускательной способностью 88%;

расход воды —48,8 л/ (м2 • ч);

температура окружающего воздуха —26,7°С.

Полученные результаты, которые приведены й табл. 8.2, считаются хорошими.

Таблица 8.2

Можно ли согласиться с утверждением, что получен­ные результаты считаются хорошими? Во-первых, следу­ет рассчитать среднюю температуру пластины коллекто­ра. Расход воды, как и количество отводимого тепла, известны, а среднее повышение температуры в коллек­торе AtK равняется количеству отводимого тепла, делен­ному на расход боды. Средняя разность температур пластины коллектора и окружающего воздуха Л£01ф рав­на (Гвх —26,7)+А/к/2. На последнем этапе расчетов нужно разделить среднюю разность температур А^0кр на плотность потока суммарной радиации (Ь= = 945,9 Вт/м2), падающей на коллектор. Результаты приведены в табл. 8.3. Точки, соединенные штрихпун-

ктирной линией на рис. 8.15, весьма близки к характе­ристике коллектора фирмы «Ханиуэлл» с двойным ос­теклением и лежат выше характеристики одного из пер­вых коллекторов Хейвуда, так что утверждение изгото­вителей, что получены хорошие результаты, вполне оп — 188

равданно. Однако подобные испытания провбдиЛйсь из­готовителями лишь для очень немногих коллекторов. Утверждения некоторых изготовителей, что в условиях Великобритании годовая экономия энергии в индивиду­альных системах горячего водоснабжения близка к 1000 кВт-ч на 1 м2 площади коллектора, никогда не подтверждались на практике.

Системы солнечного нагрева должны удовлетворять правилам строительного и архитектурного надзора. На­пример, если солнечный коллектор устанавливается на крыше или стене дома, он должен быть закреплен так, чтобы его не сорвало сильным ветром. Возможно также, что некоторые органы архитектурного надзора станут возражать против монтажа солнечных коллекторов, ес: ли они существенно меняют внешний облик здания. Это в первую очередь относится к старым зданиям, пред­ставляющим исторический интерес. Многим может не понравиться довольно унылый вид солнечных нагрева­телей плавательных бассейнов и может оказаться необ­ходимым размещение нагревателей за живыми изгоро­дями или заборами, т. е. отнюдь не в идеальных усло­виях.

Термосифонная система. Основные элементы обычной системы горячего водоснабжения дома показаны на рис. 8.9. Простейшей системой с солнечными коллекто­рами является одноконтурная термосифонная система, показанная на рис. 8.10, с отдельным баком-аккумуля­тором горячей воды, нагретой в солнечной установке. При нагреве воды в коллекторе она поднимается вверх и поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора, а бо­лее холодная вода из нижних слоев поступает в циж* 180

нюю часть коллекторов. Поскольку течение обусловле­но разностью плотностей горячей и холодной воды, должна существовать некоторая разность высот Н меж­ду днищем бака-аккумулятора и верхним краем коллек­тора. При разности этих высот по меньшей мере 600 мм возникновение обратного потока в ночное время мало­вероятно, однако в трубопровод холодной воды может быть встроен и обратный клапан. Чиннери [25] указал, что снижение Я ниже 600 мм приводит к уменьшению общей эффективности работы системы, как показано ниже:

Рис. 8.9. Обычная система го- рячего водоснабжения дома.

в солнечных коллекторах, смешивалась бы вечером с хо­лодной водой в колонке. При наличии отдельного бака — аккумулятора даже небольшое повышение температуры воды обеспечит экономию энергии, поскольку в колонку вместо холодной водопроводной воды будет подаваться подогретая вода. Как показано на рис. 8.11, термоси-

/ плоские солнечные коллекторы; 2 “ герметичный расширительный бак; 3 —
бак-аккумулятор воды, нагретой в солнечных коллекторах; 4 — бак холодной
воды; 5 — колонка горячей воды. На ехеме не показаны дренажные и воздуш-
ные вентили.

фонная система моЖет иметь промежуточный коніур. В этом случае в баке-аккумуляторе устанавливается теплообменник и вода циркулирует по замкнутому конту­ру через коллекторы и теплообменник. Контур включает герметичный расширительный бак, который предотвра­щает попадание в систему свежего кислорода, что за­медляет коррозию. Замкнутый контур может быть за­полнен раствором антифриза, но в этом случае он дол­жен быть полностью герметичен, чтобы исключить попа­дание антифриза в систему водоснабжения. Теплообмен-

ник может представлять собой простой змеевик из мед­ной трубки, и некоторые торговые фирмы рекомендуют в качестве бака-аккумулятора с теплообменником стан­дартную бытовую медную колонку небольшого размера. Однако эти колонки не рассчитаны на работу при более низких значениях разности температур и расходов, ко­торые характерны для солнечных установок. Поэтому гораздо лучше устанавливать в 200-литровом ба­ке-аккумуляторе оребренную медную трубку диаметром 28 мм и длиной около 1 м. В системе с промежуточным кон­туром трубопровод горячей воды от коллекторов следует

Подключить к верхнему патрубку Теплообменника. Систе­ма может работать и при подключении этого трубопровода к нижнему патрубку теплообменника, но при этом эф­фективность ее работы будет значительно меньше, по­скольку существенно снизится расход воды.

Системы с принудительной циркуляцией. Как видно из рис. 8.12, система с принудительной циркуляцией яв­ляется более сложной и управление циркуляционным насосом, в качестве которого можно использовать обыч-

ный небольшой насос системы центрального отопления, должно осуществляться с помощью дифференциально­го терморегулятора. Такие регуляторы поставляются различными изготовителями солнечных коллекторов или могут быть смонтированы из элементов электронных схем [25, 26]. Анализ работы дифференциального тер­морегулятора и проблем, связанных с его применением, был дан О’Коннелом [27], который предупреждает, что в дни со сравнительно низкой интенсивностью солнеч­ной радиации и при переменной облачности система мо­жет постоянно включаться и выключаться, в результате чего может больше энергии потеряно, чем выработано.

Задаваемая разность температур, определяющая вклю­чение и выключение насоса, также важна, как и положе­ние температурных датчиков, которые не должны быть размещены слишком высоко в баке-аккумуляторе.

Возможный способ защиты системы от поломок при замерзании воды показан на рис. 8.13. С помощью элек­тромагнитного дренажного вентиля из коллекторов мо­жет быть слита вся вода. Эта система сложнее других и при ее реализации необходимо обратить внимание на

высоту и расположение различных элементов, чтобы из­бежать опорожнения бака холодной воды при открыва­нии дренажного вентиля.

На рис. 8.14 показана система, в которой отсутству­ет отдельный бак-аккумулятор воды, нагретой в солнеч­ных коллекторах. В бытовую колонку, которая служит одновременно аккумулятором солнечного тепла, встрое­ны два теплообменных змеевика, верхний из которых подключен непосредственно к обычному бойлеру. Пре­имуществом системы является то, что она занимает меньшее пространство и имеет меньшую длину трубо­проводов, но даже при идеальных условиях КПД систе — 13—1240 185

мы будет ниже, чем у системы с отдельным баком-акку­мулятором.

Определенные трудности могут быть связаны с под­соединением трубопровода холодной воды к колонке го­рячей воды. Если холодная вода поступает в вертикаль­ном направлении, она будет смешиваться с нагретой во­дой в верхней части Колонки, быстро охлаждая ее. Этого можно избежать, располагая входной патрубок так, что­бы холодная вода подавалась горизонтально или с неко­торым уклоном к днищу бака. Трубопровод холодной воды нельзя подсоединять к обратному трубопроводу одноконтурной термосифонной системы. В принципе та­кая система удовлетворительно работала бы днем, по­скольку холодная вода нагревалась бы, проходя через солнечный коллектор, но в ночное время холодная во­да также поступала бы в верхнюю часть колонки горя­чей воды, сразу смешиваясь с нагретой водой.