энергии в холодной воде в байпасной линии (рнс. 30, в) наименее удачна, так как при этом недостаточно полно используется солнечная энергия из-за того, что часть воды вообще не нагревается ею, а поступает сразу в топливный дублер. Что же касается КПД и теплопроизводительности самого коллектора, то в этом отношении данная схема аналогична второй схеме.

Можно дать следующие рекомендации относительно схемного решения комбинированных солнечно-топливных установок горячего водоснабжения. Во-первых, необходимо обеспечивать улавливание максимально возможного количества солнечной энергии, что достигается, снижением среднего уровня температуры теплоносителя в коллекторе и использованием эффективного коллектора. Во-вторых, следует исходить из того, что солнечная энергия должна использоваться для предварительного подогрева теплоносителя, в то время как дополнительный источник энергии (топливо или электроэнергия) — для доведения теплоносителя до требуемой температуры. При таком подходе обеспечивается максимальная экономия топлива благодаря наиболее эффективному использованию солнечной энергии. В-третьих, необходимо избегать смешения сред с различными уровнями температуры в аккумуляторе теплоты, в частности, с этой точки зрения не рекомендуется размещать электронагреватель в нин<ней части бака-аккумулятора или осуществлять подвод теплоты от дублера непосредственно в бак-аккумулятор гелиоустановки. Как минимум, верхняя часть бака, где размещается дублер, должна быть отделена перфорированной перегородкой от нижней, в которую подводится теплота от солнечного коллектора. Оптимальным решением является использование двух баков — одного с низкой температурой теплоносителя, обеспечиваемой солнечным нагревом, а второго с высокой температурой, обеспечиваемой дублером.

В настоящее время успешно эксплуатируются установки горячего водоснабжения для сезонных потребителей. Так, гелиоустановка в подмосковном пионерлагере «Звездочка» дает 7,5 т горячей воды в день. Ряд установок построен ПО «Спецгелиотепломонтаж» (г. Тбилиси) на курортах Грузии. Потенциальные масштабы использования сезонных установок горячего водоснабжения в СССР соответствуют общей площади поверхности солнечных коллекторов 250 млн. м^, при этом ожи-

Даемая экономия топлива оценивается в 40 млн. т условного топлива в год.

На рис. 31 показана схема душевой кабины, выпускаемой Г10 «Моссантехконструкцня». Она изготовляется из асбоцементных плит. Ее габариты 1850Х1900Х XI150 мм. Коллектор площадью 2 м^ и бак вместимостью 100 л размещены на крыше. К сожалению, кабина имеет большую массу, которая без воды в системе со-

Рис. 31. Схема душевой кабины:

/ — коллектор! 2 —бак горячей воды; 3 —душ; 4, 5 —трубы; 6, 7 —вевтнли; Л —край переключения; 9 —водопровод

ставляет 360 кг. За один летний день в Подмосковье можно получить от 120 до 160 л воды с температурой 40 °С, а за сезон с апреля по сентябрь можно получить экономию в 400—700 кг условного топлива.

Для индивидуальных потребителей следует рекомендовать использовать водонагреватели с естественной циркуляцией воды или компактные устройства, поскольку они имеют хорошую эффективность при невысокой цене и просты в конструктивном отношении, а следовательно, и надежны.

1\

9. СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ

В СССР для теплоснабжения зданий расходуется значительная часть всех потребляемых топливно-энергетических ресурсов. Использование солнечной энергии для этих целей позволит получить существенную экономию. Уже сейчас в различных районах южной части нашей страны эксплуатируются опытные солнечные установки теплоснабжения зданий, в перспективе масштабы внедрения систем солнечного отопления будут более значительными.

Различают активные и пассивные системы солнечного теплоснабжения зданий. Характерным признаком активных систем является наличие коллектора солнечной энергии, аккумулятора теплоты, дополнительного источника энергии, трубопроводов, теплообменников, насосов или вентиляторов и устройств для автоматического контроля и управления. В пассивных системах роль солнечного коллектора и аккумулятора теплоты обычно выполняют сами ограждающие конструкции здания, а движение теплоносителя (воздуха) осуществляется за счет естественной конвекции без применения вентилятора. В странах ЕЭС в 2000 г. пассивные гелиосистемы будут давать экономию 50 млн. т нефти в год.

Гелиосистема теплоснабжения может работать эффективно только в том случае, если при разработке конструкции самого здания учтены требования, направленные на снижение потребности в тепловой энергии. Это лучше всего достигается в так называемых сверхизолированных домах, имеющих хорошую тепловую изоляцию стен, потолка, пола и практически герметичную конструкцию наружных ограждений. В таких домах коэффициент теплопотерь для стен составляет всего 0,15 Вт/ /{м^-°С), а неконтролируемая естественная инфильтрация наружного воздуха в здание характеризуется чрезвычайно низкой кратностью воздухообмена (0,1 ч-). Требуемое качество воздуха внутри помещений обеспечивается за счет регулируемой вентиляции (не менее 0,57ч воздухообмена в час) с утилизацией теплоты удаляемого воздуха. Общий коэффициент теплопотерь в таких зданиях лежит в пределах 0,7—1,2 Вт/(м2.К.). Теплопотери здания частично компенсируются за счет тепловыделения людей, электробытовых и осветительных приборов и оборудования, которое уменьшает тепловую

нагрузку отопления примерно на /з- Общий эффект сверхизоляции зданий состоит в сокращении длительности отопительного периода и снил<ении суммарного годового расхода теплоты. Благодаря этому уменьшается про-долл(ительность периода работы гелиосистемы и повышаются ее технико-экономические показатели, а также годовая доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки. Одновременно снижается пиковая нагрузка отопления и в результате этого уменьшается требуемая мощность дополнительного (резервного) источника энергии. Распределение теплоты между отдельными комнатами может осуществляться путем естественной конвекции воздуха через открытые двери.

Второй подход к снижению тепловых потерь зданий состоит в использовании высокоэффективных окон, например со специальными покрытиями на стекле или полимерных пленках, расположенных между двумя слоями стекла. Могут использоваться покрытия, обеспечивающие высокую пропускательную способность по отношению к солнечной энергии, и покрытия с низкой излучательной способностью для теплового излучения. При применении таких окон температура внутренней поверхности повышается и благодаря этому уменьшается конденсация водяных паров на стекле и увеличивается ощущение комфорта. Применение специальных окон, герметичных рам с вакуумированным зазором между двумя слоями остекления наряду с уменьшением теплопотерь также снижает уровень проникающего шума.

Итак, в зданиях, в которых предусматривается эффективное использование солнечной энергии, должен быть обеспечен высокий уровень сохранения энергии, особенно в условиях холодного климата. При этом мощность гелиосистемы и- дополнительного источника энергии, а также их размеры и стоимость будут мпннмаль-нъщи.

Пассивные гелиосистемы отопления зданий. Для отопления зданий используются следующие типы пассивных гелиосистем:

с прямым улавливанием солнечного излучения, поступающего через остекленные поверхности большой площади на южном фасаде зданияДрис. 32, а,или через примыкающую к южной стене здания солнечную теплицу (зимний сад, оранжерею) (рис. 32, 6]jj I с непрямым улавливанием солнечного излучения, т^ е.

с теплоаккум,улирующей стеной, расположенной за остеклением южного фасада (рис. 32, aXJ

с контуром конвективной циркуляции воздуха и галечным аккумулятором теплоты. Дом с такой системой показан на рис. 33. Кроме того, могут использоваться гибридные системы, включающие элементы пассивной и активной гелиосистемы.

а)

Рис. 32, Типы пассивных гелиосистем отопления зданий:

о —с прямым улавливанием солнечной энергии; б — с пристроенной теплицей; в — с теплоаккумулирующей стеной

I

В)

^Пассивные системы составляю* интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека, так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из важнейших условий эффективной работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступ-

ления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы.

Пассивные системы просты, но для их эффективной работы требуются регулирующие устройства, управляющие положением тепловой изоляции светопрозрачных поверхностей, штор, заслонок в отверстиях для циркуляции воздуха в теплоаккумулирующей стене и т. п.

Прямое улавливание солнечной энергии может эффективно осуществляться при соблюдении следующих уело-

,„.

Рис. 33. Солнечный дом с прямым улавливанием солнечной энергии, конвективным контуром для нагрева воздуха н аккумулированием теплоты 8 слое камней:

/ — солнцезащитное устройство; 2 — воздушный коллектор; 3 — черный металлический лист; 4 —камни; 5 —возврат воздуха; б ~ регулирование потока воздуха; 7 — свежий воздух; S — теплый воздух

вий: 1) оптимальная ориентация дома — вдоль оси восток— запад или с отклонением до ЗО от этой оси; 2) на южной стороне дома должно быть сосредоточено не менее 50—70 % всех окон, а на северной — не более 10%, причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна—трехслойное; 3) здание должно иметь улучшенную тепловую изоляцию и низкие теплопотери вследствие инфильтрации наружного воздуха;