28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Солнечные энергoсистемы

Солнечные энергoсистемы


Система MJT
Система Блисса-Денована
Система Лефевра
Система Моргана
Система Skytherm (Хэй-Джеллотт)
Система Баера
Система Бриджерса-Пакстона
Система Вагнера
Система Тромба-Мишеля


Система MJT
Самый первый солнечный дом, построенный между 1939 и 1959 г., в Массачусетском технологическом институте архитекторами Х.С. Хоттелом, Б.Б. Воертсом, А.Г. Диетсом, С.Д. Энгебретсоном, имел водяную отопительную систему, ставшую с тех пор классической. Вода, наполняющая солнечные коллекторы, поглощала солнечное тепло. Эта теплая вода накачивалась в аккумуляторы, расположенные в подвале. Горячая вода в аккумуляторах нагревала воздух, нагнетаемый в жилые помещения.

Рис. 1. Водяная солнечно-отопительная система MJT (основной принцип работы): 1 - радиация; 2 - водяной солнечный коллектор; 3 - промежуточная зона; 4 - циркуляционный насос; 5 - накопительный бак для горячей воды; 6 - теплый воздух, обогревающий жилое пространство; 7 - канал для возврата воздуха; 8 - жилое пространство; 9 - утеплитель.

Система Блисса-Денована
Типичный пример — Дом Блисса в Амадо (Аризона). Первый дом, в котором обогревание и кондиционирование осуществлялось целиком за счет солнечной энергии. Одноэтажный дом площадью 65 м2. Площадь поверхности солнечного воздушного коллектора 29,2 м2, одинарное остекление, аккумулятор вместимостью 65 т с галькой (емкость 35 м3), в подвале было предусмотрено запасное электрическое обогревание, но оно не использовалось. Летом кондиционирование осуществлялось при помощи той же системы. Эта система стала классической.



Рис. 1. Воздушная солнечная отопительная система Блисса-Денована (основной принцип работы):
1 - радиация; 2 - воздушный солнечный коллектор; 3 - теплый воздух, направляемый в аккумулятор; 4 - вентилятор; 5 - слой гравия; 6 - воздушное пространство; 7 - возврат холодного воздуха; 8 - регулирующий клапан; 9 - теплый воздух, направляемый в жилое помещение; 10- возврат холодного воздуха; 11- жилое пространство; 12- подвал.

Система Лефевра
Эта очень интересная и простая система впервые была использована в 1954 г. Стены здания обогреваются посредством вертикально установленных коллекторов и служат аккумуляторами. Таким образом, обычно очень дорогой аккумулятор тепла устраняется, и вся обогревательная система становится дешевле.

Типичный пример — дом Лефевра в Стоверстоне (Пенсильвания). Двухэтажный дом, в котором отапливается только нижний этаж (общая полезная площадь 116 м2). Воздушный солнечный коллектор с двойным остеклением (площадь поверхности 41,8 м2) установлен вертикально на втором этаже с южной стороны. Никаких специальных аккумуляторов, они устроены в стенах. Жилые помещения обогреваются циркуляцией теплого воздуха. Вспомогательное отопление газовое.



Рис. 1. Солнечная отопительная система Лефевра: 1 - радиация; 2 - стекло; 3 - теплонакопительная стена с наружной поверхностью черного цвета; 4 - промежуточное пространство; 5 - утеплитель; 6 - потолок-теплонакопитель; 7 - жилая комната; 8 - отдача тепла; 9 - утепленная стена с северной стороны.

Система Моргана
Эта первая европейская система была построена в 1961 г. около Ливерпуля в Англии. Здание отапливается только солнечной энергией и некоторыми незначительными источниками (человеческое тепло, лампы). Солнечные коллекторы и аккумуляторы отсутствуют, т.к. тепло накапливается в стенах и потолке здания.

Типичный пример — школа Св. Георгия в Валласей (Ливерпуль, Англия). Двухэтажное здание имеет 67 м в длину. Южный фасад на 90% состоит из стекла, за которым помещается окрашенная в черный цвет бетонная стена. Бетонный потолок и бетонные стены сделаны такого размера, чтобы они могли поглотить как можно больше тепла, сохранить его, а затем отдать. Запасной обогрев отсутствует, а потребность в дополнительном отоплении осуществляется за счет человеческого тепла, электрического света.Энергетическая автономность здания 7 дней. Измерения, выполненные Ливерпульским университетом, показывают, что такая система солнечного отопления действует удовлетворительно.



Рис. 1. Школа Св. Георгия, Валласей (Англия):
1 - радиация; 2 - бетонные стены аккумулятора (снаружи черные); 3 - стеклянные панели (500 м2); 4 - тепло от светильников; 5 - аккумуляторы тепла (бетонный пол); 6 - тепло от человека; 7 - лаборатория; 8 - классы общей площадью 1367 м2.

Система Skytherm (Хэй-Джеллотт)
В этой системе, основанной на принципе попеременного нагревания и испарения нет солнечных коллекторов и аккумуляторов. Поглощение и аккумулирование солнечной энергии осуществляется лотком с водой глубиной 21 см, установленном на плоской кровле. Лоток сделан из черных полиэтиленовых секций, которые закрываются полиуретановыми пластинами толщиной 4,5 см. Зимой лоток открывают днем и накрывают ночью, когда дом обогревается через потолок. Летом лоток оставляют открытым ночью и накрывают днем, осуществляя таким образом кондиционирование воздуха в помещении.

Типичный пример — дом в Финиксе (США, 1967 г.) Экспериментальный дом с одной комнатой, одноэтажный. Жилая площадь 11 м2. Площадь водного лотка 15,8 м2. Дом, больший по величине, оборудованный такой системой, построен Гарольдом Хэем в Атаскадеро (Калифорния, США).



Рис. 1. Система естественного солнечного кондиционирования:
1 - радиация; 2 - утеплитель; 3 - пластиковые корыта; 4 - конструкция кровли; 5 - съемные пластиковые щиты; 6 - черный пластиковый контейнер; 7 - металлический профиль; 8 - холодная вода; 9 - жилое помещение.

Система Баера
Автор: mensh, дата: вс, 2003-07-27 19:28
Основное в этой системе — размещение в южной стене дома 90 баков, каждый вместимостью 200 л (всего 18 тыс. л воды). Когда светит солнце, окрашенные в черный цвет внешние поверхности открыты, и солнечная радиация, попадая на них через стеклянную пластину, нагревает воду. Ночью или в плохую погоду эти поверхности закрываются с внешней стороны движущимися покрытиями (щиты из тяжелого утеплителя) и отдают жилому помещению тепло, полученное в течение дня.

Типичный пример — дом Баера в Корралес (Нью-Мексико, США).

Система Стива Баера может на 75% покрывать отопительную нагрузку при изменении температуры в помещении не более чем на 5...8°С.


Солнечный дом Стива Баера
В Корралес (Нью-Мексико, США) президентом фирмы Zomeworks Corporation Стивом Баером был построен дом, в котором применена система Drumwall.



Рис. 1. Внешний вид дома.
Баер спроектировал ячейку, которую назвал «зом», и построил из 11 таких зомов дом площадью 185 м2 (один этаж). В доме применены бетонный пол и саманные стены. Его основная особенность заключается в том, что обращенные на юг стены сложены из цилиндрических емкостей по 200 л каждая, которые наполнены водой и поставлены друг на друга. Каждая такая стена, состоящая примерно из 20 бочек, имеет внешнее ограждение в виде однослойного остекления. Общая площадь остекления — 24,1 м2.


Рис. 2. План дома Стива Баера: 1 - ванная; 2 - спальня; 3 - стены из металлических цилиндрических емкостей; 4 - жилая комната; 5 - подсобное помещение; 6 - кухня; 7 - вестибюль.


Рис. 3. Внутренний вид стены с цилиндрами в доме Стива Баера.
Когда светит солнце, окрашенные в черный цвет внешние поверхности открыты, и солнечная радиация, попадая на них через стеклянную пластину, нагревает воду. Ночью или в плохую погоду эти поверхности закрываются с внешней стороны движущимися покрытиями (щиты из тяжелого утеплителя) и отдают жилому помещению тепло, полученное в течение дня.

Наружные отражающие солнечные лучи изолирующие шторы шарнирно прикреплены к основанию каждой стены-коллектора. Днем ставни горизонтально лежат на земле, отражая своей поверхностью дополнительный солнечный свет на стеновые цилиндры. На ночь шторы вручную поднимаются в вертикальное положение, чтобы уменьшить потери тепла от цилиндрических емкостей в окружающее пространство. Шторы имеют алюминиевое отражающее покрытие и изоляцию из картонных ячеек, частично заполненных полиуретаном.

Цилиндры окрашены в черный цвет и поглощают за солнечный день до 1360 кДж/м2. Такой аккумулятор отдает свое тепло в жилое помещение посредством излучения, конвекции и теплопроводности. Плотность теплового потока может до некоторой степени регулироваться с помощью подвижных штор, размещенных между цилиндрами и жилым помещением. Одной из наиболее интересных характеристик этого проекта является мягкое освещение, проникающее между цилиндрами. Обычно цилиндры размещаются в горизонтальном положении. Однако в некоторых случаях Баер устанавливал их вертикально для того, чтобы уменьшить количество воды на единицу площади коллектора.

Система Баера может на 75% покрывать отопительную нагрузку при изменении температуры в помещении не более чем на 5...8°С, остальные 25% восполняются двумя дровяными каминами, которые используются не более 10 раз/год.



Рис. 4. Схема подвижных изолирующих ставней и стены с цилиндрическими емкостями.
Летом изолирующие ставни на ночь опускаются, и цилиндры остывают. Днем ставни поднимаются в вертикальное положение, препятствуя проникновению тепла и удерживая прохладу. В процессе эксплуатации следует принимать меры для предотвращения утечки воды из цилиндров.

Другая особенность проекта — банки с водой небольшой емкости, размещенные под потолком. Эти банки нагреваются через фонарь верхнего света, оборудованный ставнями. Ветряной двигатель накачивает колодезную воду в бак емкостью 20 м3, откуда она самотеком поступает в дом.

Система Бриджерса-Пакстона
Автор: mensh, дата: вс, 2003-07-27 19:31
Эта система, разработанная в 1956 г., была одной из первых, где распределение тепла было достигнуто обогреванием пола. Тепло принимается водяными коллекторами. Теплонакопителем и теплоносителем является вода. Система используется в настоящее время почти исключительно европейскими изготовителями.

Типичный пример — конторское здание Бриджерса-Пакстона в Альбукерке (Нью-Мексико, США). Отопление здания и кондиционирование осуществляются за счет солнечной энергии. Полезная площадь составляет около 410 м2. Солнечные водяные коллекторы выполнены из алюминия и имеют площадь поглощающей поверхности 71 м2. Аккумулятор тепла вмещает 23 м3 воды. Теплоотдача осуществляется с помощью наполненных водой труб, которые проходят по потолку и полу. Установка снабжена также тепловыми насосами. Эта система удовлетворительно функционирует до настоящего времени.

Система Вагнера

Рис. 1. Система пассивного солнечного обогрева Вагнера: 1 - радиация; 2 - пространство, нагреваемое с помощью парникового эффекта; 3 - стена дома.
В здания, оборудованных этой системой, солнечная энергия непосредственно конвертируется в обогревание воздуха. Солнечные коллекторы отсутствуют, а дом полностью или частично имеет покрытие из стекла. Воздух между стеной дома и наружным стеклом нагревается вследствие парникового эффекта. Само здание обычно служит аккумулятором.

Типичный пример — Растущий дом (арх. Вагнер). Это здание, спроектированное в 1931 г., имеет площадь около 94 м2. Гостиная находится в центре здания, а другие комнаты расположены вокруг нее. Дом окружен стеклянным покрытием на расстоянии 1,5 м от конструкций. Эта воздушная прослойка позволяет достичь парникового эффекта. Та же идея использована в автономном солнечном доме (Кембридж, Англия).

Система Тромба-Мишеля
Эта французская система (патент CRNS Тромба, 1956 г.), основана на принципе накопления солнечной энергии только в массе здания и напоминает систему Лефевра. Солнечная радиация поглощается вертикальной, обращенной на юг остекленной бетонной стеной. Теплый воздух поступает через отверстия в жилое помещение и распределяется путем естественной конвекции. Первый дом, в котором использована эта система, был построен в Пиренеях в 1962 г.



Рис. 7. Схема солнечной отопительной системы дома в Шовенси-ле-Шато (Франция):
1 - радиация; 2 - остекление (45 м2); 3 - воздушная прослойка; 4 - бетонные стены, аккумулирующие тепло; 5 - движение теплого воздуха в жилое помещение; 6 - холодный воздух; 7 - циркуляция теплого воздуха в комнате; 8 - выпуск воздуха; 9 - стальная трубчатая конструкция крыши; 10- жилое пространство (106 м2; 275 м2).


Автор: mensh /Олег Б. Меньшенин/