В 1974 г. Шон Бакли (Shawn Buckley) из Массачусетского технологического института изобрёл установку солнечного отопления, представляющую собой особую конструкцию стены Тромба.
Коллектор-аккумулятор Бакли, встроенный в южный фасад дома, разрез
Содержание:
- Описание
- Конструкция
- Принцип работы клапана
- Размеры клапана
- Размеры системы солнечного отопления
- Горячее водоснабжение
Описание
Основа установки — ёмкость, наполненная водой и способная не только поглощать, хранить и отдавать в помещение полученное тепло, но также и не излучать его в окружающую среду. Устройство явилось своего рода «тепловым диодом».
Конструкция
Такой бак имеет два содержащих воду отсека: южный (S) и северный (N). Отсек S, имеющий остекление, тонкий и содержит небольшое количество воды. Отсек N имеет в 10–20 раз большую ширину и содержит значительное количество воды. Между отсеками установки солнечного отопления находится вертикальная изолирующая перегородка. В верхней и нижней части перегородка имеет отверстия для перетекания воды из одного отсека в другой. Верхнее отверстие оборудовано специальным клапаном (слой масла).
Принцип работы клапана
Система солнечного отопления, не имеющая клапана, ночное время
Для облегчения понимания работы клапана рассмотрим установку солнечного отопления, не имеющую такого клапана. Единственной жидкостью, используемой в системе, является вода. Резервуар заполнен настолько, чтобы перегородка возвышалась над уровнем воды на 10–12 мм. Таким образом, вода не может течь поверх перегородки.
Система солнечного отопления, не имеющая клапана, ясный день
При нагревании воды в отсеке S вследствие её расширения происходит повышение уровня недостаточное для перетекания воды в отсек N. Если же заполнить отсек до более высокого уровня, то существует опасность обратного потока и, соответственно, тепловые потери в окружающую среду.
Система солнечного отопления, оснащённая клапаном. Система находится в равновесии
Теперь рассмотрим бак, имеющий обратный клапан с использованием минерального масла. Клапан облегчает циркуляцию воды в направлении от отсека S к отсеку N и предотвращает обратный поток в холодные ночи или холодные пасмурные дни. Слой масла толщиной 20 мм имеет плотность 0,9 и постоянно находится на поверхности воды.
Солнце светит, вода течёт от S к N поверх перегородки
При нагревании воды её уровень в отсеке S повышается примерно на 25 мм (при отсутствии масла лишь на 5 мм). Этого более чем достаточно для перетекания нагретой воды в отсек N через верхний край перегородки. Таким образом, слой масла действует как усилитель изменения уровня воды в отсеке S. Чем ближе плотность масла к плотности воды, тем больше усиление. На практике ток воды начинается при разнице температур в отсеке в 1°C. Чем интенсивнее излучение солнца, тем больше разница температур между отсеками S и N, и тем быстрее ток нагретой воды.
Холодная ночь. Обратный поток отсутствует
При отсутствии излучения солнца обратный поток воды исключен, так как площадь поверхности воды в отсеке N значительно больше, нежели в отсеке S. Соответственно, изменения уровня воды в отсеке N незначительны. Бакли назвал свою систему солнечного отопления «тепловым диодом».
Размеры клапана
Масляный клапан с центральной вертикальной трубой
На практике нет необходимости в том, чтобы масляный клапан занимал всю верхнюю часть бака. Он может состоять из небольшой камеры.
Размеры системы солнечного отопления
На практике резервуар может иметь высоту 2,4 м, ширину 1,2 м, толщину около 0,25 м. Отсек S должен быть чрезвычайно тонким для минимизации времени разогрева и тепловых потерь в конце солнечного периода. С южной стороны бак системы круглогодичной эксплуатации должен иметь остекление (в летнее время необходимости в нем нет).
Горячее водоснабжение
Установка солнечного отопления может быть легко модифицирована для системы горячего водоснабжения.
Источник: “Low-Cost Solar Heating — 100 Daring Schemes Tried and Untried” by Dr. William Shurcliff
Комментарии1
Оригинальная система