这些年来,我自己的系统是如何变化的。

My wife, 乔伊斯 ,然后我在1980年盖了房子。这是一个漫长的过程,因为我们自己做了很多工作。任何曾经在房屋建造过程中居住过的人都可以告诉您,这给您带来一些挑战性的体验。

您习惯了灰尘,雨布,临时照明以及各种粘合剂和油漆的气味。您将学习如何在浴室水槽中洗碗,因为它是当时唯一的自来水。

乔伊斯(Joyce)将我们的房子想象成一个巢,用来养育孩子,用窗帘装饰和做饭。我将其视为用于家庭能源系统实验的个人实验室,包括超级绝缘,空气对空气的热回收,木材燃烧,太阳能和风能的收集以及废热的回收。

乔伊斯(Joyce)是位优雅而支持她的妻子,通过多年的此类实验沉迷于我。当她听到机械房发出“有趣的声音”时,她会打电话给我,并偶尔提醒我写一本关于系统运行方式的手册,以防万一我们卖掉房子。该手册仍在待办事项清单上。

The starting point

尽管在过去30年中,我们为房屋供暖的主要方式发生了许多次变化,但节能,收集“自由”能源和使用水力热传递的基本目标始终是其中的一部分。 

我们在纽约州北部多雪的8,000°天气候中为房屋供暖的原始方法包括三个子系统:通过360平方英尺的朝南窗户获得被动太阳能;

  •  
  • 112平方英尺的Revere平板太阳能收集器;和
     
  • 气密的柴炉。

最后一个是为了“补充”热量,以防万一安装了太阳能硬件后太阳没有照我预期的那样明亮。

图中显示了我们1980年的老式太阳能“组合系统”的示意图。 图1。

在此期间,我曾担任Revere Solar的技术支持工程师&纽约罗马的建筑产品。不用说,我们的房子会有一些里维尔(Revere)收集的藏书。我定居在六个35英寸乘77英寸的地方。具有特殊倾斜的内部集管的Sun-Aid收集器。它们安装在使用特殊屋顶桁架形成的凹陷区域中。我认为这种安装将有助于使收集器免受盛行的西北风的影响,从而减少其热损失。收集器直接向南,与水平方向倾斜60º。 图2 展示了他们在典型的纽约北部冬季过半时的样子。

收集器将热量传送到一个12英尺高,350加仑的储罐。我有专为该项目定制的战车。它的高度会促进温度分层(例如,最热的水在顶部聚集,而冷的水在底部沉淀)。这在太阳能热系统中总是合乎需要的。它允许将最冷的水供应到集热器,以实现最佳的热效率。

很快就知道,将12英尺高的水箱安装在8英尺高的房屋中并不是最容易的事情。天花板。我们不得不在坦克周围盖房子的一部分。我得出的结论是,如有必要,弄清楚如何卸下该水箱是下一代的责任。这绝对不是我最好的计划。幸运的是,到目前为止,大自然一直很友善。该坦克继续毫无问题地成为系统的锚固部件。

我的系统设计为闭环回排设计。我觉得这种方法在当时具有许多优势,但仍然相信它是提供空间供暖和生活热水的太阳能组合系统的最佳方法。两个用螺栓固定的法兰到法兰(串联配置)的1/25马力循环器可提供足够的升力,以将水向上推动通过集水器阵列。当它们关闭时,水会在约30秒内排回到水箱中。该系统经历了许多冬季夜晚,温度为–20ºF或更低,并且回水操作从未使我失败。

储罐顶部的空气空间提供了一个回油箱,并用作整个系统的膨胀空间。 

我们将两个60英尺高的飞机悬空了。 ½英寸的线圈平行的铜管从螺栓固定的检修板到水箱顶部的开口处。每当从固定装置中抽出热水时,这些线圈便会加热生活用水。多年来,我对这款自制热交换器的性能感到非常满意。我从来不需要将板从水箱顶部拉出,也没有计划只要这些悬挂的线圈继续工作。

当水箱变热时,通过使水循环通过铜管来提供空间供暖,铜管嵌在安装在标准底层地板上的薄砖石层中。当时,我们可以购买100英尺。线圈3/8英寸L型铜水管,我们用来制作地板电路。此时,PEX管仍在池塘的另一侧。一切都焊接在一起,现在仍然如此。我们安装了手动调节的混合阀,以防水箱中的水温度太高而无法直接流到地板回路中。

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图3 .

与结果共存

在屋子的第一个冬季,在低于零的夜晚之后,我们将在内部气温下醒来55ºF。如果天气多云,我们点燃了柴炉,等待了几个小时让一切变热。在晴朗的冬季,我们只需要等待太阳发挥其魔力即可。到中午,室内温度将攀升至约85ºF。我们从穿多件毛衣开始新的一天,到下午再穿T恤。   

当时,当被问及我们的太阳能房屋的性能时,我倾向于说在一个晴朗而寒冷的冬季,它保持“平均”室内温度为70ºF。从数学上讲,这是正确的陈述(早上55ºF,下午85ºF)。但是,我现在承认,这种说法在推断舒适度方面有点误导。今天,我将那些初冬描述为乘坐温度过山车的旅程,除了太阳能顽固分子外,几乎没人会容忍这种过山车。

到1980年代后期,我和乔伊斯已经准备好向系统中添加自动热源。当时,我们当地的公用事业公司提供了非常诱人的折扣,为地热热泵系统的市场铺平了道路。我们利用了这一计划,并于1987年安装了一个额定值为每小时18,000 Btu的小型水对水地热热泵。  

因为热泵涉及冷热水的流动,​​所以我认为这也是进行进一步实验的好机会。系统已修改为以下状态 图3。  

系统的太阳能部分基本上保持不变。水对水热泵通过管道连接到现有的太阳能储罐连接点(我们没有选择在储罐上打新孔以获得更多连接的选项)。离开热泵的热水流到水箱的顶部,而从底部抽出冷水。这有助于保持罐内的温度分层。我使用了一个简单的毛细管设定点控制器,根据需要打开和关闭热泵,以将罐顶部的温度保持在115ºF左右。

热回收通风

到冬季末,离开热泵蒸发器的水将降至约35ºF。足够寒冷,可以从很多东西中吸收热量,包括从屋外出来的气流。为了从空气中回收一些热量,我添加了一个带滴盘的小型12,000 Btu / hr。空气处理器,并分流了一些冷水,使其通过盘管离开热泵(见图3)。 

进入此空气处理机的空气来自两个来源:干衣机和浴室中的高墙排气。两种废气流都包含显热和潜热。当经过空气处理机盘管时,它们将部分热量转移到冷却水,再送回接地回路。热交换使我 无需在接地回路中添加防冻剂。我们在空气处理机的上游安装了一个聚丙烯网格过滤器,以防止干燥机废气中的棉绒堆积在盘管上。它做得很好,每周清洗一次。设置热回收通风系统,使其在热泵运行时或在室内加湿器需要通风时运行。

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图5。

Time to chill out

有时,在纽约州北部,天气会变得不舒适和潮湿。我们住的地方,每年夏天只发生五到十天。我知道热泵会产生冷冻水,所以我忍不住要扩展用于冷冻水冷却的系统。这次,我们增加了一个小型吊顶柜式空气处理机,如图 图4

该设置在使我们在那些棘手的日子里保持舒适状态方面做得很好。 38ºF的水通过三排螺旋管,空气处理机在降低湿度方面表现出色。该设备的冷却能力约为12,000 Btu /小时,在炎热的天气几乎可以连续运行。从最小化压缩机循环和通过盘管进行大量空气再循环以去除水分的角度来看,这是个好方法。

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未来6 .

What's next?

大约11年前,我们终于开始隔热和修整车库。几乎每当汽车从冬季远足回来时,雪和冰就被拖入这个车库。厌倦了进入积雪覆盖的冰冷的汽车之后,我们决定部分加热车库。根据我1980年的节能理念,我敢肯定这是不可能的,但是随着时间的流逝,年龄,挡冰块和脚踝深的雪泥会随着时间的流逝而逐渐“淡化”人们的信念。  

我们用锤子敲打了旧楼板,安装了地暖回路并倒了一块新楼板。唯一剩下的问题是车库的额外热量将来自何处。热泵仅具有足够的能力来加热房屋。 

当时,第二号燃料油的价格约为每加仑1美元。以这个价格,一个标准的燃油锅炉产生的热量将比地源热泵提供的热量花费更少。这使天平倾斜,有利于安装燃油铸铁锅炉来加热车库,房屋并为DHW提供补充热量。移动了热泵以容纳锅炉,但是将其重新连接到原始的冷水空气处理器,并且仍然可以很好地用于夏季冷却。

通风空气处理器最终会被腐蚀,并且没有设计成可以更换滴盘。在冬季不运行热泵的情况下,热回收的潜力大大降低,因此我决定删除系统的这一部分。现在,通风空气和干燥机废气直接进入室外。看着干燥机排气中的蒸汽散发到寒冷的冬季空气中,可能会在30年前使我发疯。现在,我认为这是可以接受的折衷办法,希望“绿色警察”在发现它时会对我轻松。

图5显示了大约11年前如何对我们的加热/冷却系统进行了修改。当时,注射混合和一次/二次管道是最先进的技术,因此自然必须将它们用于混合。您会注意到,在主环路上还有一组紧密排列的三通,等待着将来的实验。

这使我们来到了2011年的夏天。那些Revere的收藏家已经成熟了30岁。它们的使用寿命比预期的设计寿命长整整10年。尽管他们在去年夏天仍然在工作,但我可以断定他们只是没有像以前那样生产。

Retirement party

碰巧的是,卡莱菲北美公司正在为其新申请专利的StarMax V排水平板收集器寻找第一个安装地点。 图6 显示了此收集器的设计方式。

它的吸收器板有稍微倾斜的内部集管,形成非常浅的V形。上,下集管的两端均终止于阳极氧化铝外壳的外部,并带有联管型管道连接。如果连接标准防冻型系统的收集器,则将使用这些连接。独特功能位于收集器的底部中心。底部集管的低点配置为三通,以允许所有流体从吸收板中排出。  

因此,当在排污系统中使用时,这些收集器将具有外部下部集管和内部上部集管。这是一个简单而独特的想法,无需再对集热器进行倾斜,因此非常适合我的改装情况。

我的好朋友知道我对这些收藏家的兴趣 鲍勃·“热棒”·罗尔卡莱菲(Caleffi)的培训总监和这位收藏家的发明者为我提供了一个很好的报价。他会亲自出来帮助我安装新的收藏家。那是我无法逾越的要约。因此,去年6月,在Hot Rod和Joyce的帮助下,我们进行了收集器移植。可信赖但又疲惫的Revere Sun-Aids掉下来了,那些闪闪发光的StarMax V取代了它们。它们完美地契合在同一凹入的屋顶空腔内,如 图7 .

新的收藏家将整个阵列的面积增加了42%,到目前为止,他们的表现与Revere收藏家年轻时的表现一样好。在阳光明媚的秋天,我们看到储罐温度接近170ºF。

目前,该系统仍由原始的Independent Energy C-100太阳能控制器控制。尽管电涌烧坏了它的内部,并迫使我抓住烙铁进行变压器移植,但该控制器仍在工作。原始的辐射地板仍然可以正常工作。我希望我能对我们原来的冰箱,洗衣机,烘干机,油井泵和范围说同样的话。很少有电器能希望比优质的水力加热系统持久。

如果有机会从头开始,我会做些不同的事情吗?绝对!这个系统的发展是否是一种很棒的学习体验,可以改善我在其他设计上的工作?毫无疑问。从专业意义上讲,没有什么比“优质的时间”观看,感觉和收听系统更好。这种经验可以保证教您在任何教科书或安装手册中都找不到的东西。从我自己的系统中吸取的教训被证明对于未来的设计工作乃至偶尔的写作作业都是无价的。

每个太阳能热系统设计人员都应有机会使用一个可以随时间修改的系统,以测试新想法并验证它们如何工作,然后再将其合并到其他系统中。我很幸运能够在家中安装实验平台。我也很幸运有一个妻子在我们系统的发展中为我提供了支持。

现在,如果我能立即开始她要求的系统操作手册。



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