5)

Рнс. 41. Дом с гибридной гелиосистемой отопления:

в —внешний вид дома; б —схема гелиосистемы; / — солнечный коллектор на крыше дома; г — расширительный бак; 3 — аккумулятор-подогреватель с элект рическим дублером; 4 — регулятор; 5 —вентиль; 6 — насос; 7 — аккумулято!» с теплообменником; 8 —радиаторы; S — электронагреватель; /й-датчик теИ»

пературы

и. ГЕЛИОСИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ И ТЕПЛОХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ

ЗДАНИЙ

Применение солнечных установок для производства холода и кондиционирования воздуха представляет большой интерес в условиях жаркого климата, так как при этом пиковая нагрузка охлаждения совпадает по времени с максимумом поступления солнечной радиации.

Тепловой комфорт человека зависит от скорости отвода телоты, определяемой температурой и относительной влажностью воздуха, скоростью его движения, физической активностью человека. Отвод теплоты происходит в результате конвекции, излучения и испарения влаги с поверхности тела человека.

Выбор способа охлаждения здания зависит от климатических условий: то, что подходит для сухого жаркого климата пустынь, не годится для влажного климата тропиков и субтропиков.

Пассивное охлаждение. Одним из способов пассивного охлаждения дома является вентиляция прохладным ночным воздухом. Однако этот способ эффективен лишь в тех случаях, когда температура наружного воздуха в ночное время не превышает 18 °С. Вентиляция может быть естественной, когда она осуществляется при открывании окон и дверей, или механической, т. е. с применением вентиляторов. Вентиляция ночным прохладным воздухом охлаждает всю «тепловую массу» дома, т. е. создает запас прохлады на следующий день. Эффективность этого способа возрастает в случае применения галечного аккумулятора, твердые частицы в котором охлаждаются при пропускании прохладного воздуха ночью, а днем сами охлаждают наружный воздух. Воздух, поступающий в дом, можно пропускать по проложенному в земле каналу, при этом он охлаждается.

Оригинальное архитектурное решение жилого дома с пассивной системой теплохолодоснабжения показано на рис. 42, где иллюстрируется принцип работы системы в режиме охлаледения. Летом наружный воздух движется вследствие естественной тяги, охлаждаясь перед поступлением в дом при прохождении подземного канала и нагреваясь при отводе теплоты от внутренних поверхностей дома. Удаление нагретого воздуха осуществляется из верхней точки дома через трубу с жалюзи с северной стороны. Отопление дома обеспечивается с помощью пристроенной гелиотеплицы и масляных радиаторов. Движение воздуха в доме зимой и летом регулируется с помощью клапанов. Стре-тки указывают направление падения солнечных лучей в 12 часов дня 21 июня и 21 декабря. Зимой они через остекленные поверхности попадают в помещения, а летом нет.

Испарительное охлаждение. Эффективным способом охлаждения здания в условиях л^аркого сухого климата

является испарительное охлаждение воздуха перед его поступлением в помещение или галечный аккумулятор. В камере испарительного охлаждения воздух контактирует со смачиваемыми поверхностями или струями воды. Наружный воздух С высокой температурой (35—40°С) и низкой относительной влажностью (25—30 %) в ре-

/ /// /// м

W М /V/ М W М W W 7,Vf.

Рис. 42. Солнечный дом с пассивной системой теплохолодоснабже-ния (в режиме охлаждения):

i —клапаны регулирования; 2 — 21 июня днем; S —21 декабря днем; 4—стеклянная подвижная дверь; 5, 6. 7 — теплый, чистый, горячий воздух

зультате испарения водььохлаждается, а его относительная влажность повышается. Он используется для охлаждения помещений дома, а при пропускании его через галечный аккумулятор происходит зарядка аккумулятора прохладой, которая в дневное время используется для охлаждения помещений.

В зданиях с пассивными гелиосистемами обычно для вентиляции предусматриваются специальные отверстия в противоположных стенах. Нагретый воздух удаляется через отверстия в верхней части южной стены дома. Бла-

годаря этому понижается давление воздуха в здании и наружный воздух поступает через открытые окна, две-•ри и отверстия, расположенные в нижней части северной стены.

Радиационное охлаждение. В районах с сухим жарким климатом большое количество теплоты излучается Б ночное время в открытый космос. Температура космического пространства близка к абсолютному нулю, однако атмосфера Земли влияет таким образом, что эффективная температура излучения ночного небосвода мало отличается от температуры наружного воздуха. В условиях прозрачной атмосферы эта температура ниже температуры воздуха на 8—14 °С в жарком влажном климате и на 14—20°С в жарком сухом климате. Плотность потока излучения абсолютно черного тела при температуре небосвода — 11 °С составляет 63 Вт/м^ а для материалов с высокой излучательной способностью при низких температурах, соответствующих длинам волн 8— 12 мкм, плотность потока излучения может составлять 50 Вт/м^ и температура излучающей поверхности может понижаться на 20—40 °С. При ясном небе и прозрачной атмосфере вода в мелких открытых резервуарах в горах ночью замерзает.

Описанный эффект можно использовать для радиационного охлаждения здания. Для этого крыша дома .должна быть изготовлена из металлического листа с передвижными теплоизоляционными щитами (рис. 43, а). В ночное время щиты снимают с металлической крыши и происходит излучение теплоты в окружающее пространство. Охлаждение помещений осуществляется в ре-

Рис. 43. Радиационное охлаждение дома с излучающей металлической крыщей (а) и резервуаром с водой (б):

i — металлическая крыша; 2 — теплоизоляционные щиты (панели); 3 — резервуар с водой

зультате конвекции воздуха и излучения стен и пола. Для усиления охлаждающего эффекта крышу можно орошать тонкой пленкой испаряющейся воды. Днем теплоизоляционные щиты закрывают крышу и предотвращают ее нагрев солнечной радиацией. Под крышей можно разместить теплоизолированную горизонтальную перегородку с отверстиями для циркуляции воздуха. В ночное время возникает конвективное движение воздуха и при его контакте с излучающей крышей он охлаждается и соответственно охлаждает здание.

На металлической крыше дома могут быть размещены резервуары с водой, имеющие передвижную тепловую изоляцию (рис. 43,6). Толщина слоя воды 50—100 мм. Ночью в результате излучения происходит охлаждение крыши и воды. Резервуары служат аккумулятором охлажденной воды и в дневное время закрываются тепловой изоляцией.

В условиях жаркого влажного климата требуется не только охлаждение, но и осушение воздуха с помощью, адсорбента (силикагеля), который можно в виде тонкого слоя разместить под металлической крышей. В бетонных стенах и полу предусматриваются каналы для циркуляции воздуха. В ночное время воздух из помещений проходит над слоем силикагеля, поглощающего влагу. Выделяющаяся при этом теплота передается металлической крыше и излучается ею в окружающее пространство — происходит охлаждение воздуха и корпуса дома. Днем клапаны перекрывают циркуляцию воздуха в стенах здания, а наружный горячий воздух, поступающий в пространство между слоем силикагеля и металличес- , кой крышей, осушзет силикагель и тем самым подготавливает его для ночного процесса.

За счет радиационного охлаждения можно покрыть не менее 25 % нагрузки охлаждения, а при использовании силикагеля и вентиляторов на потолке можно отводить 100 % избыточной физической и скрытой теплоты при температуре в помещениях выше 27 °С и относительной влажности до 68 %.

Надежность теплохолодоснабжения повышается с включением в систему теплового насоса.

На рис. 44 показана схема комбинированной системы теплохолодоснабжения здания с использованием теплового насоса типа воздух—воздух и воздушного солнечного коллектора. В режиме отопления нагретый воздух

из солнечного коллектора поступает в галечный аккумулятор теплоты. Испаритель теплового насоса находится внутри аккумулятора, а конденсатор — в воздушном канале распределительной системы отопления. Теплота, полученная рабочим телом в испарителе, вместе с энер-

9

д

U

Рис. 44. Схема гелиотеплоиасосной системы теплохолодоснабжения (в режиме отопления):

/ — солнечный коллектор; 2 — галечный аккумулятор теплоты; 3 — вентилятор;! ■# —компрессор; 5 — испаритель; 5 — дроссельный вентиль; 7 — конденсатор? S —наружный воздух; 9 —воздух из помещения; /О — сброс воздуха; u~ воздух в помещение; 12 — запорно-регулирующий клапаи

гией привода компрессора теплового насоса отводится в конденсаторе. Забираемый из помещения воздух, смешанный в определенном соотношении с наружным воздухом, нагревается за счет теплоты, отбираемой от конденсатора теплового насоса, и вентилятором подается в помещение. В состав теплового насоса входит дроссельный вентиль.

В режиме охлаждения переключающие клапаны изменяют направление движения воздуха во вторичном контуре. Горячий воздух из помещения охлаждается при