Эта система солнечного отопления и охлаждения была одной из первых, в которой распределение тепла было достигнуто обогреванием пола.
Содержание
Предистория
Фирма Bridgers & Paxton Consulting Engineers была основана в 1951 году Фрэнком Бриджерсом и Дональдом Пакстоном , оба из которых интересовались потенциальными применениями солнечной энергии.
Бриджерс и Пакстон начали серьезную работу по проектированию системы солнечного отопления и охлаждения своего офисного здания в начале 1954 года, и оно было построено в период с марта по август 1956 года. Архитекторами здания были Стэнли и Райт.
Стоимость
Общая стоимость офисного здания фирмы Бриджерс-Пакстон составила 58 500 долларов, из которых стоимость системы отопления и охлаждения составила около 15 000 долларов, что примерно вдвое превышает стоимость обычной системы. Однако Бриджерс и Пакстон считали, что снижение эксплуатационных расходов сэкономит деньги в долгосрочной перспективе.
Архитектура
Солнечное здание представляет собой одноэтажное строение в международном стиле, состоящее из двух основных секций.
Северное крыло, в котором находилась главная чертежная комната, а также оборудование для солнечного отопления, составляло основную часть первоначального здания. Он имеет неправильное четырехугольное поперечное сечение с крышей и южной стеной, расположенными под углом (20 и 30° соответственно), чтобы обеспечить высокую южную экспозицию для солнечных коллекторов. Крыло обрамлено семью отводами из конструкционной стали, расположенные на расстоянии 5,5 м друг от друга и заполненные деревянными потолочными балками и каменной кладкой. Северная стена имеет узкую непрерывную полосу окон, идущих чуть ниже линии крыши, которые освещают чертежную комнату, а восточная стена, выходящая на улицу, построена из кирпича без окон.
Южное крыло представляет собой низкое здание с плоской крышей, в котором расположены офисные помещения. Здание частично облицовано кирпичом, обозначающим первоначальный его размер. Позже в 1962 году строение было расширено за счет пристройки.
Главный вход расположен на пересечении двух крыльев.
Система солнечного отопления и охлаждения
Коллекторы
Активная система солнечного отопления здания использовала массив из 56 солнечных тепловых коллекторов общей площадью 74 м²). Массив был расположен на внешней стене, обращенной на юг, которая была наклонена под углом 30° к вертикали, чтобы улавливать максимальное количество зимнего солнечного света.
Коллекторы представляли собой изготовленные на заказ алюминиевые панели со встроенными проточными каналами для прохождения воды. Поверхность каждого коллектора была покрыта черной краской с низким коэффициентом отражения и слоем стекла для улавливания максимального количества тепловой энергии.
Отопление
В солнечную погоду вода, проходящая через коллекторы, достигала максимальной температуры 60°C перед тем, как попасть в изолированный подземный резервуар объемом 22,7 м³, который обеспечивал запас горячей воды на срок до трех дней в пасмурную погоду.
При нормальных условиях (около 90% среднего отопительного сезона) вода в баке была бы достаточно теплой, чтобы напрямую обогревать здание, циркулируя через излучающие панели в полу и потолке. Если температура в баке падала из-за продолжительной пасмурной погоды, можно использовать тепловой насос для поддержания подачи горячей воды к панелям. Тепловой насос может продолжать работать до тех пор, пока температура бака остается выше 2°C.
Охлаждение
Летом система может также обеспечивать охлаждение за счет циркуляции холодной воды по зданию, а не горячей воды. В этом режиме накопительный бак становился резервуаром для холодной воды, что позволяло системе экономить энергию в более мягкую погоду, сохраняя тепло днем и отдавая его ночью, когда наружная температура ниже.
Большую часть времени воду в баке можно было поддерживать прохладной, используя только испарительный охладитель. Если вода в баке становится слишком теплой, тепловой насос снова включается в работу, чтобы продолжить передачу тепла от потока холодной воды в бак. Также можно было днем работать в режиме охлаждения, а ночью накапливать горячую воду от солнечных коллекторов и теплового насоса для обогрева здания.
Модернизация
За время эксплуатации в систему были внесены незначительные изменения. Одной из первых возникших проблем была коррозия коллекторных панелей, которые изначально имели встроенные проточные каналы, образованные из двух склеенных листов алюминия. После возникновения утечек проточные каналы были заменены медными трубками, прикрепленными к задней части панелей.
Были внесены дополнительные изменения в систему в 1970-х годах, включая замену рабочей жидкости в контуре коллектора на этиленгликоль (для предотвращения замерзания) и повторную пайку панелей коллектора для лучшего теплового контакта. Была также установлена автоматизированная система управления и модернизировано вентиляционное оборудование, чтобы обеспечить индивидуальный контроль температуры в каждом офисе.
Несмотря на модификации, система остается в основном нетронутой в том виде, в котором она была изначально разработана.
Заключение
Солнечное здание было внесено в Государственный реестр культурных ценностей Нью-Мексико в 1985 году и в Национальный реестр исторических мест в 1989 году.
Система солнечного отопления и охлаждения здания удовлетворительно функционирует до настоящего времени.
Комментарии