хв

ив

lLллJV\Aгuv^лллллллJVV^лллллллллJ ^^06 75

Рис. 37. Внешний вид (а) дома фирмы «Филипс» и его гелиотехническое н теплоутилизационное оборудование (б):

i —солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — бак для сбора сточ^ ных вод; 4 — бак горячей воды; 5 — тепловой насос: б —душ; 7 — отопитель« ные приборы; S —мини-ЭВМ; 9 — вентилятор; /О — электросеть; // —вспомогательная стенка; П—Тб — теплообменники; И л К~ испаритель н конденсатор теплового иасоса; ХВ и ГВ — холодная и горячая вода; ЙВ —использованная вода; В в У5 — свежий и удаляемый воздух; ВО — воздушное отопление; Н1—НЗ — иасосы

излучения покрытием, уменьшения нерегулируемой инфильтрации воздуха и организации принудительной вентиляции. Благодаря изоляции стен слоем минеральной ваты толщиной 250 мм по сравнению со стандартным домом коэффициент теплопередачи через стены снизился с 1,23 до 0,14 Вт/(м2.К), а для окон площадью 23,5 м^—-с 5,8 до 1,5 Вт/(м2-К). При этом годовая потребность в теплоте для отопления уменьшилась в 6 раз н составляет 8,3 МВт-ч вместо 49,6 МВт-ч.

Дом используется для проведения исследований и оборудован гелиосистемой, тепловым насосом и теплоутилизационными устройствами (рис. 37,6). Гелиосистема включает коллектор солнечной энергии площадью 20 м^, сезонный водяной аккумулятор теплоты емкостью 40 м^ . для отопления и бак объемом 4 м^ для подогрева воды. Вода, нагреваемая в коллекторе до 95 °С, посредством теплообменника т1 передает теплоту воде в аккумуляторе. Тепловой насос использует теплоту сточных вод, собираемых в баке 3 емкостью 1 м^, в котором размещен испаритель Я теплового насоса, а его конденсатор/С расположен в баке 4 вместе с электронагревателем. Тепловой насос также отбирает теплоту от грунта с помощью теплообменника т5, расположенного под домом в земле. Тепловой насос имеет два испарителя (Я и т5), и его коэффициент преобразования равен 3,5—4 в диапазоне температур 15—50 °С при мощности привода компрессора 1,2 кВт. С помощью насоса нз и трубопроводов аккумулятор теплоты соединяется с баком 4, а через него — с тепловым насосом 5 и баком 3. В доме предусмотрена вспомогательная стенка, сообщающаяся с грунтом и используемая для подогрева (зимой) и охлаждения (летом) воздуха (в), поступающего в здание.

Система может работать в различных режимах, и управление ею осуществляется с помощью мини-ЭВМ.

Для отопления здания теплота подается к радиаторам из сезонного аккумулятора посредством теплообменника т2. Аккумулятор заряжается до температуры 95 °С от солнечного коллектора посредством теплообменника т1 или от теплового насоса. Вентиляция здания осуществляется воздухом (В), подогретым в утилизационном теплообменнике т6, удаление воздуха (ув) производится вентилятором. Для горячего водоснабжения вода, подаваемая в душ, вначале подогревается в теплообменнике тз, размещенном в баке 3 утилизации теплоты сточ-

ных вод, а затем догревается до 55 °С в теплообменнике Т4 в баке 4 за счет теплоты, подводимой от коллектора солнечной энергии или от теплового насоса. Аккумулятор, баки, два насоса (Я2 н НЗ) и тепловой насос размещены в подвале, ЭВМ и один насос {HI) — в мансарде. Охлажденная использованная вода (ИВ) отводится в канализацию.

Коллектор (рис. 38) выполнен из 18 модулей и размещен на южном скате крыши. Модуль КСЭ представляет собой вакуумированный стеклянный баллон, верхняя часть внутренней поверхности которого имеет покры-

Рис. 38. Вакуумированный стеклянный трубчатый коллектор (в разрезе):

/ — стеклянная труба; 2 —теплоотр^ жательное покрытие; 3 — зеркальный слой: 4 — приемник солнечного излучения; 5 — труба для нагрева теплоносителя

тие, отражающее тепловое излучение, а нижняя часть покрыта посеребренным слоем, отралсающнм солнечные лучи на приемник, который изготовлен из покрытой черной стеклянной эмалью U-образной трубы для нагреваемого теплоносителя (воды). Оптический КПД коллектора равен 0,76, а коэффициент теплопотерь 1,5 Вт/ /(м2.°С).

Дом с нулевой потребностью в топливной энергии, построенный в 1975 г. в г. Копенгагене (55°43 с. ш., Дания), имеет площадь 120 и объем 300 м^. Он состоит из двух блоков с плоской крышей, соединенных жилой комнатой со стеклянной крышей, на которой размещается КСЭ площадью 42 м^. Стены, пол и потолок дома имеют тепловую изоляцию из минеральной ваты толщиной 0,3—0,4 м, причем она с обеих сторон обшита фанерой с водоотталкивающилг покрытием. Окна снабжены теплоизолирующими ставнями. Свежий воздух в здание подается вентиляционной системой. Теплота из КСЭ передается в подземный бак-аккумулятор объемом 30 м^ с толщиной слоя минеральной ваты 0,6 м. Летом осуществляется вентиляция через остекленный проем в крыше.

Коэффициент теплопотерь стен равен 0,14 Вт/(м2.°С), годовая тепловая нагрузка отопления составляет 2300 кВт-ч, а горячего водоснабжения 3050 кВт-ч. Годовая теплопроизводительность солнечного коллектора равна 9017 кВт-ч, 25 % этого количества теплоты используется для отопления, 34 % —для горячего водоснабжения, а 41 % составляют теплопотери аккумулятора.

При строительстве жилых домов, в которых предполагается использование солнечной энергии для отопления, необходимо учитывать следующие положения:

солнечный дом должен быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечивалось максимально возможное улавливание солнечной энергии в холодное время года и минимальное ее поступление внутрь дома летом;

дом должен иметь небольшие тепловые потери, что обеспечивается применением улучшенной тепловой изоляции в стенах, полу, потолке, а также уменьшением неконтролируемого поступления холодного наружного воздуха и организацией принудительной регулируемой вентиляции для поддержания требуемого тепловлажностно-го режима помещений;

по возможности солнечный дом не должен иметь окон в северной стене, а если этого избежать не удается, то их площадь должна быть небольшой;

в индивидуальном доме северная стена может быть полностью или частично засыпана землей (постоянно или только зимой), то же относится (в меньшей мере) к восточным и западным стенам;

потери теплоты через окна в ночное время могут быть существенно снижены благодаря применению ставней или в крайнем случае плотных штор;

потери теплоты вследствие проникновения холодного воздуха должны быть сведены к минимуму путем уплотнения всех щелей и з^стройства тамбура у входной двери;

солнечный дом должен иметь компактную двух-трех-этажную конструкцию, чтобы приблизиться к оптимальному соотношению его объема и наружной поверхности.

Рассмотрим примеры конструктивного выполнения ряда солнечных домов, построенных в различных странах, опыт которых можно позаимствовать. Южная вертикальная стена двухэтажного жилого дома в г. Доувер (штат Массачусетс, США, 42° с. ш.) площадью 135 м^ служит солнечным коллектором для нагрева воздуха (рнс. 39). Аккумулирование теплоты осуществляется с помощью глауберовой соли (кристаллогидрата сульфата натрия), которая плавится при подводе теплоты и затвердевает при ее отводе (прн 32"С). Ко-

личество аккумулируемой теплоты достаточно для покрытия теплопотребления дома в течение 10 дней.

Дом в г Денвер в горах штата Колорадо (40 с. ш., ишА) жи лой площадыо 186 м^ снабжен воздушным <=олнечньш коллектором площадью 56 и\ установленным на крыше (рис. 40,а). Коллектор состоит из наполовину зачерненных стеклянных пластин, установлен-

а)

5)

Рис. 39. Дом (а) и схема гелирсистемы отопления (б): . I — коллектор: г — циркуляция воздуха; 3 — аккумулятор теплоты

ных друг над другом в наклонном положении в теплоизолированном корпусе с прозрачной крышкой (рис. 40,6). Воздух нагревается при движении между стеклянными пластинами н вентилятором подается в аккумулятор теплоты, представляющий собой два вертикальных цилиндра диаметром 0,9 и высотой 5,5 м, заполненных 6 т кусков гранита (рис. 40, е). Доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки отопле1шя составляет 0,3.

Другой вариант конструкции жилого дома с пристроенным к южному фасаду знмннм садом (оранжереей) и солнечным коллек-

Рис. 40. Внешний вид дома (а), солнечный коллектор (б) и схема гелиосистемы (в):

6: / — корпус; 5 — теплоизоляция; 3 — стеклянные пластины; < —стекло; в: 1 — коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — вентилятор; 4 — воздуховод; 5 — распределение теплого воздуха

тором на крыше показан на рнс 41, а. Гибридная пассивно-активная гелиосистема предназначена для отопления и горячего водоснабжения. Недостающая энергия подводится от электронагревателей, размещенных в баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения и внутри отапливаемых помещений. Включение и выключение электронагревателей происходит автоматически по сигналу, поступающему от системы управления, содержащей датчики температуры, регуляторы и термостаты. Схема гелиосистемы приведена на рис. 41,6.