Из пустотелых плит можно сооружать стену между теплицей и квартирой или пол теплицы непосредственно на теплоизолирующей поверхности, а также в квартире, где используются, например, плиты, уже имеющие теплоизоляцию с нижней стороны. Кроме того, промежуточное и верхнее основания пола в каменных зданиях также можно выполнить из пустотелых бетонных плит.

Одно из таких конструктивных решений реализовано в университете Шеффилда (Англия) экспериментального дома SHED (Solar Heated Experimental Dwelling). В этом доме, отапливаемом с помощью солнечной энергии, имеется теплица, занимающая всю южную стену одноэтажного дома. Как только температура воздуха в теплице поднимается выше, чем это требуется для роста растений, воздух оттуда с помощью вентиляторов передается в теплоаккумуляторы, как показано на рис. 64. Мощность вентиляторов, оборудованных тиристорными регуляторами, составляет 2X30 Вт. В качестве теплоаккумуляторов используют бутыли, кирпичи и небольшие камни. От них тепло переходит в жилые комнаты путем излучения и естественной конвекции. На основании испытаний были получены следующие результаты:

система функционирует наиболее эффективно, если она оборудована вентиляторами и теплоаккумуля-торами;

в системе, оборудованной вентиляторами и тепло-аккумуляторами, экономия энергии составила 78%, а в аналогичном решении без перечисленного оборудования она была равна 49 % (эти цифры даны в сравнении с обычным жилым домом);

дополнительные расходы на строительство теплицы, приобретение и монтаж вентиляторов и оборудование теплоаккумуляторов окупаются полностью за девять лет эксплуатации дома;

единственным недостатком данного способа является небольшой уровень шума, создаваемого работой вентиляторов.

5.1.5. Определение расхода теплоты и выбор размеров теплоаккумулятора. аПравило большого пальца». При проектировании мест размещения теплоаккумулирующих масс и при оценке потребности создания запасов теплоты можно пользоваться методикой, предус-

«<М1>1й I нмйдень!

А

1>й сол-

ТТйобпйТ S нмйдмк х

-г—Чг

1.йёол- f г-йЛпи-а ксчный I ныйденк \

АСНк СЕ

Рис. ff5. Колебания температуры воздуха в теплице при изменении удельной теплоемкости: для 30 л воды/м прозрачного покрытия (а), 100 л воды/м^ прозрачного покрытия (б) и 200 л воды/м прозрачного покрытия (в) [28]

матривающей применение «правила большого пальца». По существу эта методика довольно груба, однако она удобна и не позволяет совершать больших ошибок. Окончательную проверку проекта можно осуществлять после этого с помощью модели «atk» (автоматической обработки информации) или путем использования опыта, полученного ранее, например в отношении выбора размеров и способа теплопередачи в теплоакку-муляторе.

Вопросы аккумулирования солнечного излучения в соответствии с «правилом большого пальца» были рассмотрены ранее (см. гл. 4). Размеры требуемой теплоаккумулирующей массы можно определить путем вычисления ее удельной теплоемкости для данной теплицы. Это покажет, сколько литров воды или другой теплоаккумулирующей массы (в пересчете на воду) приходится на 1 м* площади поверхности прозрачного покрытия. Считается, что световые лучи беспрепятственно проникают в теплицу.

Сравнение различных решений позволило выявить зависимости, на основании которых установлено, что для условий Финляндии оптимальны следующие объемы первичной аккумулирующей массы в расчете на 1 м* прозрачного покрытия: 0,1—0,2 м воды, 0,3— 0,5 м» кирпичей и 0,6—1,2 м камней.

Количество теплоаккумулирующей массы ничего не говорит о форме самого теплоаккумулятора, а также о размерах единичного аккумулятора. Совсем не одно

Рис. 66. Использование программы SPIEL для исследования экспериментального дома SHED в Шеффилде

В — система отопления; ТЕ — температура наружного воздуха; F — вентилятор

И ТО же, например, разместят ли 1000 л воды в пяти бочках объемом по 200 л каждая или в 2 тыс. банок объемом по 0,5 л каждая. Использование одного и того же объема воды привело бы к совершенно различным результатам!

Определение расхода теплоты по модели «atk». Если известны характеристики здания и местные климатические условия, например температура, солнечное излучение, затененность и т. то можно начинать замеры в соответствии с планом строительства. При необходимости получить точные сведения о тепловом

режиме теплицы и квартиры эксперименты надо проводить с небольшими интервалами времени (как правило, 1 ч). Через каждый час в течение всего года следует определять углы падения и интенсивность солнечных лучей, наружную температуру, поверхность, на которую падает солнечное излучение, количество вырабатываемой теплоты, направления передачи этой тёп-лоты, температуру, полученную в разных местах, и т- Д-Совершенно ясно, что этот процесс будет настолько трудоемким, что помощь модели «atk» становится просто необходимой.

В различных странах разработаны программы для модели «atk», например программа BRIS. или изложенная ниже расчетная программа SPIEL, которая весьма удобна из-за своей наглядности. Ниже будет показано также применение программы SPIEL для исследования экспериментального дома SHED.

Сеточный метод. Этот метод представляет собой весьма эффективный и простой способ выполнения необходимых расчетов по циркуляции теплоты. Он основан на том, что равновесие температур соответствует равновесному состоянию тока в электрической цепи. Внешние погодные условия (главным образом количество солнечной энергии и температура) изменяются непрерывно.

С помощью специальных электронных устройств получают изображения стен, потолка и теплоаккумулирующей массы, а также так называемые сточные точки, представляющие собой места измерения температуры. Когда мы имеем данные о характеристиках здания, а также в какой-то мере информацию о погодных условиях, то можно приступить к эксперименту. Существуют два способа проведения измерений: можно построить электронную модель — цепь, на которой потом проводят эксперимент, либо задать программу в цифровой форме для малогабаритной ЭВМ или многофункционального вычислительного устройства и произвести вычисления. В обоих случаях результаты по-^ лучают в виде температур, измеренных через каждый час в контрольных точках. Если они не будут удовлетворительными, то экспериментаторам придется изменить проект, прибавляя или отнимая соответствующие величины. Принципы этого метода используют в про-грамме SPIEL, которая допускает использование ма-

логабаритной ЭВМ или многофункцивиального вычислительного устройства.

S.2. Созданне запасов аккумулированной тепловой анергии

Наиболее существенными факторами, обусловливающими теплопотери теплицы, являются следующие:

большая площадь покрытия, главным образом направленного на юг и изготовленного из стекла или прозрачной пластмассы, для которого коэффициент теплопроводности К в ночное время и в пасмурную погоду оказывается в 10—20 раз меньше, чем для теплоизолированной сплошной стены или наружной крыши;

большие потребности в воздухообмене вследствие использования большой площади стеклянного покрытия, эффективно накапливающего солнечную энергию.

Проблемы частично связаны одна с другой, поэтому желательно найти способы их одновременного решения. Теплобаланс направленных на юг двухслойных окон в отопительный сезон для губернии Этеля-Суоми (Южная Финляндия) является отрицательным. Это означает, что количество солнечной лучистой энергии, поступающей через окна, будет больше, чем количество тепла, выходящего через них наружу. Если бы конструкция теплицы была герметичной и избыточИое тепло можно было полностью собирать в запас, то теплица оставалась бы теплой в течение всего периода роста растений, начиная с середины марта и вплоть до последних чисел октября. На практике это все же невозможно, поскольку, во-первых, нельзя добиться полной герметичности конструкций теплицы и, во-вторых, воздух необходимо менять, чтобы обеспечить получение растениями двуокиси углерода, а для снижения влажности теплицу приходится проветривать (см. гл. 7).

5.2.1. Уменьшение площади поверхности прозрачного покрытия. Поскольку прозрачное покрытие по своим теплоизоляционным характеристикам является наиболее слабым элементом ограждения теплицы, площадь его поверхности стремятся уменьшить там, где это менее важно в отношении прохождения солнечного света. Это нетрудно сделать, так как теплицу возводят всегда как пристройку к жилому дому или другое

Вт/ (м2. К)

Рис. 67. Теплобаланс окна, ориентированного на юг. в Хельсинки в период отопительного сезона [31]

а —обычное двухслойное окно; б — двухслойное окно с селективным отражением тепловых лучей; / — больше энергии уходит наружу: Ч — больше энергии поступает в теплицу

гому зданию, например к хлеву, поэтому теплица оказывается защищенной и получает какое-то количество тепла от этой постройки. Заглубляя часть теплицы в жилой дом или выполняя одну или обе торцовые стены в виде сплошных теплоизоляционных стен, можно обеспечить с двух или даже с трех сторон почти полную защиту (см. рис. 53). Вследствие этого значительно снижаются теплопотери. Крышу в зависимости от формы и прежде всего глубины теплицы также можно сделать частично или полностью закрытой. В процессе проектирования глухих и прозрачных частей здания весьма важно помнить о факторах, обеспечивающих поступление достаточного количества солнечного света в теплицу (см. гл. 4), а также ее достаточную освещенность (см. гл. 7).

5.2.2. Повышение теплоизолирующей способности прозрачного покрытия. Теплоизолирующую способность прозрачного покрытия теплицы можно повысить двумя способами:

усовершенствовать конструкцию окон с тем, чтобы улучшить теплоизолирующую способность и герметичность наличников, рам и особенно оконных стекол;

закрывать окна на ночь теплоизолирующими материалами.